WO2013141380A1 - タービンハウジングアセンブリ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a turbine housing assembly in which a plurality of components are combined to constitute a turbine housing into which a turbine wheel rotated by exhaust gas introduced from an engine is inserted.
- turbochargers are known to improve the output by In recent years, when this turbocharger is used for vehicles, weight reduction, cost reduction, ease of manufacture, reduction of heat capacity, etc. are required, and instead of the conventional cast turbine housing, it is made of sheet metal. Turbine housings are to be used.
- Patent Document 1 discloses a spiral exhaust gas flow path formed by abutting two left and right plate-like or bowl-like sheet metal members and welding in a circumferential direction.
- a turbine housing with a scroll is disclosed.
- Patent Document 2 includes a scroll-shaped housing manufactured from a sheet metal member and having a spiral exhaust gas flow channel formed therein, and an outer shell manufactured from the sheet metal member, and the outer shell has a scroll shape.
- a turbine housing is disclosed that is configured to enclose the housing.
- a scroll portion is prepared by preparing a sheet metal member having a complicated shape processed into a plate shape or a bowl shape on the left and right two sheets and abutting the two in a circumferential direction. And it takes time and effort to manufacture the scroll portion. Further, although the sheet metal scroll portion is directly connected to the cast bearing housing (FIG. 3), the details of the connection portion are not disclosed.
- the turbine housing of patent document 2 mentioned above is comprised by fitting a housing, a bearing ring, etc., and there existed a problem in the sealability of the waste gas in a housing.
- the turbine housing of Patent Document 3 it is necessary to provide an outer shell so as to surround the scroll-like housing, and there has been a problem that sufficient weight reduction and heat capacity reduction of the turbine housing can not be achieved.
- the present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, and it is possible to further reduce the weight, facilitate the manufacture, reduce the cost, and reduce the heat capacity as compared with the conventional sheet metal turbine housing. It is an object of the present invention to provide a turbine housing assembly and a method of manufacturing the same.
- the present invention is an invention made to achieve the above-mentioned object,
- the turbine housing assembly of the present invention In a turbine housing assembly configured by combining a plurality of components, a turbine housing into which a turbine wheel rotated by exhaust gas introduced from an engine is inserted, It is formed in a bottomed cylindrical shape having a peripheral wall portion and a bottom portion, and a spiral exhaust gas flow path is formed in the bottomed cylindrical shape through which the exhaust gas flowing from the exhaust gas inlet flows.
- the scroll portion is formed by processing a single sheet metal, and on the back surface side of the bottom surface portion of the scroll portion, a recessed portion through which the exhaust gas outlet passes and a bottom surface of the exhaust gas flow path convexly provided on the back surface Forming a convex portion, and the convex portion is formed to surround the concave portion, By connecting the recessed portion of the scroll portion and one end portion of the exhaust portion in the axial direction of the turbine, a gap is formed between the outer peripheral surface of the exhaust portion and the convex portion of the scroll portion.
- the exhaust unit and the exhaust gas outlet of the scroll unit are in communication with each other.
- the element is disassembled into a scroll portion in which a spiral exhaust gas flow path is formed inside the turbine housing and a tubular exhaust portion, and the scroll portion is made of one sheet metal. It is formed by processing. Further, by connecting the recessed portion of the scroll portion and one end portion of the exhaust portion in the axial direction of the turbine, a clearance is formed between the outer peripheral surface of the exhaust portion and the convex portion of the scroll portion. And the exhaust gas outlet of the scroll portion are communicated.
- the turbine housing is elementally disassembled into the scroll portion and the exhaust portion, and the scroll portion is formed by processing one sheet metal, the heat capacity of the turbine housing can be reduced and the weight reduction of the turbine housing is achieved. Can be In addition, since the sheet metal is processed and formed, manufacture of the scroll portion is easy.
- the turbine housing is element-disassembled into the scroll portion and the exhaust portion, and a gap is formed between the outer peripheral surface of the exhaust portion and the convex portion of the scroll portion.
- the exhaust portion can be formed of a material having a lower heat resistance than the scroll portion, that is, an inexpensive material having a lower nickel content than the scroll portion, and cost reduction of the turbine housing can be achieved.
- a rib be formed between the outer peripheral surface of the exhaust portion and the convex portion of the scroll portion. If such a rib is formed between the outer peripheral surface of the exhaust portion and the convex portion of the scroll portion, the scroll portion and the exhaust portion are more strongly connected.
- the connecting portion is connected to a bearing housing in which a bearing for supporting the rotation shaft of the turbine wheel is accommodated, and the connecting portion is formed by processing one sheet metal and the scroll portion
- the scroll portion and the connection portion are separately welded to an annular lid portion orthogonal to the axial direction of the turbine, and connected in the axial direction of the turbine through the annular lid portion.
- the turbine housing is divided into the scroll portion, the exhaust portion, and the connection portion, and the connection portion is configured separately from the scroll portion, thereby forming each component constituting the turbine housing assembly of the present invention.
- the shape can be simple, and the manufacture of each component can be facilitated.
- the connecting portion, the annular lid portion, and the scroll constituting the turbine housing assembly of the present invention The components of the part and the exhaust part are all coupled in the axial direction of the turbine, which improves the assemblability of the turbine housing assembly.
- the turbine housing assembly of the present invention is standardized because the element is disassembled into a scroll portion in which a spiral exhaust gas flow path is formed inside the turbine housing, a tubular exhaust portion, and a connection portion coupled with the bearing housing. It can be configured as an assembly of a plurality of integrated components (modules) and can be easily manufactured.
- the sheet metal is processed and formed also for the connecting portion as well as the scroll portion, the heat capacity of the turbine housing can be reduced, and the weight reduction of the turbine housing can be achieved. Moreover, since it processes and forms one sheet metal, manufacture of a connection part is also easy.
- the turbine housing is disassembled into the scroll portion, the exhaust portion and the connection portion and the scroll portion and the connection portion are connected by welding, the sealability is excellent and the conventional outer shell is unnecessary. For this reason, weight reduction and heat capacity reduction of a turbine housing can be achieved.
- the turbine housing is disassembled into the scroll portion, the exhaust portion, and the connection portion, and the scroll portion and the connection portion are connected in the turbine axial direction via the annular lid portion orthogonal to the turbine axial direction, The effect of the hot exhaust gases can be shielded by the annular lid.
- the turbine housing assembly of the present invention thus configured includes a variable nozzle mechanism that regulates the flow of exhaust gas to the turbine wheel, and the variable nozzle mechanism is inserted into the scroll portion and the connection portion. . That is, the turbine housing of the variable displacement turbocharger is configured.
- a turbine housing assembly that achieves further weight reduction, easier manufacturing, lower cost, and lower heat capacity as compared with a conventional sheet metal turbine housing and a method of manufacturing the turbine housing assembly Can be provided.
- FIG. 1 is a perspective view of a turbine housing assembly of the present invention.
- 1 is an exploded perspective view of a turbine housing assembly of the present invention.
- FIG. 1 is a front view of a turbine housing assembly of the present invention.
- FIG. 1 is a side view of a turbine housing assembly of the present invention.
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 3
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG.
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 4;
- FIG. 7 is a cross-sectional view of a turbine housing assembly according to another embodiment of the present invention. It is an enlarged view of a part in FIG.
- FIG. 1 is a perspective view showing a turbine housing assembly of the present invention
- FIG. 2 is an exploded perspective view of the turbine housing assembly of the present invention
- 3 is a front view of the turbine housing assembly of the present invention
- FIG. 4 is a side view of the turbine housing assembly of the present invention
- FIGS. 5 to 9 are cross sections taken along line A-A to E of FIG. FIG.
- the turbine housing assembly 1 of the present invention is not particularly limited, but is, for example, a turbine housing of a VG (Variable Geometry) turbocharger provided with a variable nozzle mechanism.
- the VG turbocharger has a variable nozzle mechanism in a turbine housing, and adjusts the nozzle opening degree of the variable nozzle mechanism according to the engine conditions to control the flow rate of the exhaust gas to be introduced. Then, the boost pressure is controlled to an optimal pressure by increasing or decreasing the rotational speed of the turbine wheel according to the exhaust gas flow rate.
- the turbine housing assembly 1 of the present invention is shown in FIG. 1 by assembling a plurality of components such as the scroll portion 2, the connection portion 4, the annular lid 6 and the exhaust portion 8. It is configured as And as shown in FIG. 1, the variable nozzle mechanism 3 and the turbine wheel 5 are inserted into the assembled turbine housing assembly 1 from the front side. And, on the front side of the assembled turbine housing assembly 1, a bearing housing (not shown) that accommodates a bearing that rotatably supports the rotational shaft of the turbine wheel 5 is coupled.
- the scroll part 2 is formed in the bottomed cylindrical shape which has the surrounding wall part 20 and the bottom face part 22 as shown in FIG.1, FIG.2, FIG.6 etc. FIG. Then, as shown in FIG. 8, inside the bottomed cylindrical scroll portion 2, the exhaust gas flow path 2 A is formed in a spiral shape along the peripheral wall portion 20, and the bottom portion 22 is formed in the spiral shape.
- the exhaust gas outlet 2B penetrates to a position surrounded by the formed exhaust gas flow path 2A.
- the bottom surface 22a of the swirling exhaust gas flow channel 2A is formed to be convex on the back side of the bottom surface portion 22. Further, the cross section of the flow passage is formed so as to be uniformly shallow toward a predetermined circumferential direction. Thereby, the back surface side of the bottom surface portion 22 is formed in an uneven shape, and a recessed portion 22b through which the exhaust gas outlet 2B penetrates and a convex portion 22a formed in a protruding shape surrounding the recessed portion 22b are formed. .
- a flange portion 20a protruding outward in a direction substantially perpendicular to the peripheral wall portion 20 is formed. Further, in the flange portion 20a, a plurality of receiving portions 20b protruding outward from the flange portion 20a are formed at equal intervals in the circumferential direction.
- the exhaust gas outlet 24 is formed at the upstream end of the exhaust gas flow path 2A.
- a flat engine-side flange 10 is connected to the exhaust gas inlet 24 by, for example, welding.
- a bolt insertion hole 10b is formed in the engine side flange portion 10, and is fastened by an exhaust pipe (not shown) and a bolt.
- the connecting portion 4 is a flat flange portion 4a formed in an annular shape, and an annular projecting portion protruding perpendicularly to the flange portion 4a. And 4b.
- the flange portion 4a is provided with a plurality of bush insertion holes 4c at equal intervals in the circumferential direction, and each of the plurality of bush insertion holes 4c has a cylindrical shape, and a groove is cut in the through hole
- the screw bush 16 is inserted.
- the screw bush 16 is used as a bolt hole when fastening the above-described bearing housing and the connecting portion 4 with a bolt or the like.
- the annular lid 6 is composed of a flat plate 6a formed in an annular shape and a receiving portion 6b extended outward from the flat plate 6a.
- the receiving portion 6 b is installed at the same distance as the receiving portion 20 b of the scroll portion 2 described above and the position corresponding to the bush insertion hole 4 c of the connecting portion 4.
- the scroll portion 2, the connection portion 4 and the annular lid portion 6 are formed by processing a single thin plate. That is, it is formed by plastically deforming a flat sheet metal into a predetermined shape by a method such as bending or pressing, and partially cutting out an unnecessary portion by punching or the like. Moreover, heat-resistant steels, such as austenitic stainless steel, are used suitably for the material of these scroll part 2, the connection part 4, and the cyclic
- the exhaust part 8 is formed in a tubular shape as shown in FIG. Then, one end 8a of the exhaust unit 8 is joined, for example, by welding to the recess 22b on the back side of the bottom surface 22 of the scroll unit 2 described above, and is communicated with the exhaust gas outlet 2B. Further, a muffler side flange portion 12 formed of an annular flat plate member is coupled to the other end 8 b of the exhaust portion 8 by, for example, welding or the like. Then, by connecting the muffler side flange portion 12 and the muffler side exhaust pipe (not shown), the exhaust gas flowing through the exhaust portion 8 is exhausted from the muffler through the muffler side exhaust pipe to the outside of the vehicle ing.
- a gap a is formed between the outer peripheral surface of the exhaust portion 8 coupled to the recessed portion 22b of the scroll portion 2 and the convex portion 22a.
- the exhaust portion 8 is coupled to the scroll portion 2 so that the gap a is formed between the outer peripheral surface of the exhaust portion 8 and the convex portion 22 a of the scroll portion 2, the exhaust gas flow path 2A is The influence of the flowing high temperature exhaust gas is less likely to be transmitted to the exhaust unit 8.
- the gap a between the outer circumferential surface of the exhaust portion 8 and the convex portion 22 a means the distance between the two in the direction perpendicular to the outer surface of the exhaust portion 8.
- the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust unit 8 is about 100 degrees lower than the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust gas passage 2A. Therefore, if exhaust part 8 and scroll part 2 are combined so that gap a is formed between the outer surface of exhaust part 8 and convex part 22a, high temperature exhaust gas flowing through exhaust gas flow path 2A Since the influence of the above becomes difficult to be transmitted to the exhaust part 8, the material of the exhaust part 8 can be selected for the temperature of the exhaust gas passing through the exhaust part 8. Therefore, it is possible to form the material of the exhaust unit 8 from a material having heat resistance lower than that of the scroll unit 2 (specifically, an inexpensive stainless material having a low nickel content).
- a reinforcing rib 25 is provided on the inner peripheral side of the convex portion 22 a of the scroll portion 2. Then, the reinforcing rib 25 and the outer peripheral surface of the exhaust portion 8 are joined, for example, by welding. Further, as shown in FIG. 9, a plurality of (for example, three) reinforcing ribs 25 are provided at equal intervals in the circumferential direction. By providing such a reinforcing rib 25, the scroll portion 2 and the exhaust portion 8 are more strongly connected.
- the reinforcing rib 25 of this embodiment is integrally provided with the convex part 22a of the scroll part 2 as shown in FIG. 5, this invention is not limited to this.
- the reinforcing rib 25 may be provided integrally with the exhaust portion 8 so that the reinforcing rib 25 and the inner peripheral side of the convex portion 22a are coupled.
- the reinforcing rib 25 is provided separately from the scroll portion 2 and the exhaust portion 8, and the reinforcing rib 25 is coupled to the inner peripheral side of the convex portion 22a and the outer peripheral surface of the exhaust portion 8 It may be done.
- an annular ring member 14 is fitted on the front side of the connecting portion 4.
- the ring member 14 is inserted to a position where the ring member 14 abuts on the annular lid 6 as shown in FIGS.
- the variable nozzle mechanism 3 is inserted into the inner circumferential side of the ring member 14. If such a ring member 14 is inserted into the connecting portion 4, it is possible to easily position the variable nozzle mechanism 3.
- the element is disassembled into the scroll portion 2 and the tubular exhaust portion 8 in which the spiral exhaust gas flow path is formed inside the turbine housing. It is formed by processing a sheet metal. Further, by connecting the recessed portion 20b of the scroll portion 2 and the one end 8a of the exhaust portion 8 in the turbine axial direction, a gap a is formed between the outer peripheral surface of the exhaust portion 8 and the convex portion 20a of the scroll portion 2. In the formed state, the exhaust unit 8 and the exhaust gas outlet 2B of the scroll unit 2 are in communication with each other.
- the turbine housing is elementally disassembled into the scroll portion 2 and the exhaust portion 8 and the scroll portion 2 is formed by processing one sheet metal, the heat capacity of the turbine housing can be reduced, and Weight reduction can be achieved.
- the sheet metal is processed and formed, manufacture of the scroll portion 2 is easy.
- the turbine housing is element-disassembled into the scroll portion 2 and the exhaust portion 8, and the clearance a is formed between the outer peripheral surface of the exhaust portion 8 and the convex portion 20 a of the scroll portion 2
- the exhaust portion 8 can be formed of a material having a heat resistance lower than that of the scroll portion 2, specifically, an inexpensive stainless material having a lower nickel content than the scroll portion 2, thereby achieving cost reduction of the turbine housing it can.
- the connection between the scroll portion 2 and the exhaust portion 8 is further strengthened. be able to.
- the connecting portion 4 is formed by processing one sheet metal, and is configured separately from the scroll portion 2, and the scroll portion 2 and the connecting portion 4 Are connected in the axial direction of the turbine via an annular lid 6 orthogonal to the axial direction of the turbine.
- the turbine housing is divided into the scroll portion 2, the exhaust portion 8 and the connecting portion 4, and the connecting portion 4 is configured separately from the scroll portion 2 to configure the turbine housing assembly 1 of the present invention.
- Each component can be formed into a simple shape, and the manufacture of each component can be facilitated.
- the scroll portion 2 and the connecting portion 4 are connected in the turbine axial direction via the annular lid portion 6 orthogonal to the turbine axial direction line 7, the connecting portion 4, the annular lid portion 6, the scroll portion 2
- the respective components of the exhaust portion 8 are all coupled in the axial direction of the turbine, and the assemblability of the turbine housing assembly 1 is improved.
- the turbine housing assembly 1 of the present invention can be configured as an assembly of standardized components (modules), and the manufacture of the turbine housing can be facilitated.
- connection part 4 is also easy.
- the sealing performance is excellent.
- Such an external shell is unnecessary. For this reason, weight reduction and heat capacity reduction of a turbine housing can be achieved.
- the turbine housing is disassembled into the scroll portion, the exhaust portion 8 and the connecting portion 4 and the turbine 2 is separated by the annular lid portion 6 orthogonal to the axial line 7 of the scroll portion 2 and the connecting portion 4. Because of the axial connection, the influence of the high temperature exhaust gas in the scroll portion 2 can be shielded by the annular lid 6. Therefore, the connecting portion 4 can be formed of a stainless steel material having a lower heat resistance than the scroll portion 2, that is, an inexpensive stainless steel material having a lower nickel content than the scroll portion 2. Thereby, cost reduction of a turbine housing can be attained compared with a case where the whole turbine housing is formed with the same material.
- each component such as the scroll portion 2, the connecting portion 4, and the annular lid portion 6 has a simple shape And the manufacture of each component can be facilitated. At this time, forming the annular lid 6 also by processing one sheet metal contributes to weight reduction and heat capacity reduction of the turbine housing.
- FIG. 10 is a cross-sectional view of a turbine housing assembly according to another embodiment of the present invention.
- the scroll portion 2 of the present invention is configured such that one end portion 8a of the exhaust portion 8 is formed so that the periphery of the exhaust gas outlet 2B is bent back on the bottom portion 22 thereof.
- the inserted insertion part 22c may be formed. If such a fitting portion 22c is formed, one end 8a of the exhaust portion 8 is fitted in the fitting portion 22c, and the one end 8a and the inner peripheral side of the fitting portion 22c are shown in FIG. It can be joined by fillet weld 23 as shown. In this way, by inserting one end 8a of the exhaust part 8 into the insertion part 22c, the positioning of the exhaust part 8 and the temporary fixing at the time of welding can be performed simultaneously, so the welding workability is excellent. .
- the present invention can be suitably used as a turbine housing assembly for a turbocharger, preferably a turbine housing assembly for an on-vehicle VG turbocharger.
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Description
本発明は、エンジンから導入される排ガスによって回転するタービンホイールが内挿されるタービンハウジングを、複数の構成部材を結合して構成したタービンハウジングアセンブリに関する。
従来、エンジンから導流される排ガスのエネルギーを利用してタービンホイールを回転させ、該タービンホイールと同軸上に設けられているコンプレッサホイールを回転させることで吸気マニホールドに加圧空気を供給し、これにより出力の向上を図るターボチャージャが知られている。近年、このターボチャージャを車載用として用いる場合には、軽量化、低コスト化、製造の容易化、および低熱容量化等が要求されており、従来の鋳造製のタービンハウジングに代わって、板金製のタービンハウジングが使用されるようになっている。
板金製のタービンハウジングの例として、特許文献1には、左右2枚の皿状ないし椀状の板金部材を突き合わせて円周方向に溶接してなる、内部に渦状の排ガス流路が形成されたスクロール部を備えたタービンハウジングが開示されている。また特許文献2には、板金部材から製造され、その内部に渦状の排ガス流路が形成されたスクロール形状のハウジングと、板金部材から製造された外部シェルとを備え、該外部シェルがスクロール形状のハウジングを包囲するように構成されたタービンハウジングが開示されている。
しかしながら、上述した特許文献1のタービンハウジングは、左右2枚の皿状ないし椀状に加工した複雑な形状をなす板金部材を用意し、その両者を突き合わせて円周方向に溶接することでスクロール部を形成しており、スクロール部の製造に手間を要するものである。また、板金製のスクロール部を鋳造製のベアリングハウジングに直接連結しているが(図3)、その連結部の詳細については開示されていない。
また上述した特許文献2のタービンハウジングは、ハウジングと軸受リングなどとが嵌合されて構成されており、ハウジングにおける排ガスのシール性に難があった。このため、特許文献3のタービンハウジングでは、スクロール状のハウジングを包囲するように外部シェルが設ける必要があり、タービンハウジングの十分な軽量化および低熱容量化を図れないとの問題があった。
本発明は上述したような従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、従来の板金製のタービンハウジングと比べて、より一層の軽量化、製造の容易化、低コスト化、および低熱容量化を実現したタービンハウジングアセンブリおよび該タービンハウジングアセンブリの製造方法を提供することを目的としている。
本発明は上述したような目的を達成するためになされた発明であって、
本発明のタービンハウジングアセンブリは、
エンジンから導入される排ガスによって回転するタービンホイールが内挿されるタービンハウジングを、複数の構成部材を結合して構成したタービンハウジングアセンブリにおいて、
周壁部と底面部とを有する有底筒状に形成され、該有底筒状の内部には排ガス流入口から流入した排ガスが流れる渦状の排ガス流路が形成されるとともに、該底面部には前記排ガス流路を流れた排ガスが流出する排ガス流出口が貫通したスクロール部と、
前記スクロール部とは別体に構成された管状の排気部と、を少なくとも備え、
前記スクロール部は1枚の板金を加工して形成され、該スクロール部の底面部の背面側には、前記排ガス流出口が貫通した凹陥部と、前記排ガス流路の底面が背面側に凸設することで形成された凸設部とが形成され、該凸設部は前記凹陥部を囲繞するように形成されており、
前記スクロール部の凹陥部と前記排気部の一端部とをタービン軸方向に結合することで、前記排気部の外周面と前記スクロール部の凸設部との間に隙間が形成された状態で、前記排気部と前記スクロール部の排ガス流出口とが連通されることを特徴とする。
本発明のタービンハウジングアセンブリは、
エンジンから導入される排ガスによって回転するタービンホイールが内挿されるタービンハウジングを、複数の構成部材を結合して構成したタービンハウジングアセンブリにおいて、
周壁部と底面部とを有する有底筒状に形成され、該有底筒状の内部には排ガス流入口から流入した排ガスが流れる渦状の排ガス流路が形成されるとともに、該底面部には前記排ガス流路を流れた排ガスが流出する排ガス流出口が貫通したスクロール部と、
前記スクロール部とは別体に構成された管状の排気部と、を少なくとも備え、
前記スクロール部は1枚の板金を加工して形成され、該スクロール部の底面部の背面側には、前記排ガス流出口が貫通した凹陥部と、前記排ガス流路の底面が背面側に凸設することで形成された凸設部とが形成され、該凸設部は前記凹陥部を囲繞するように形成されており、
前記スクロール部の凹陥部と前記排気部の一端部とをタービン軸方向に結合することで、前記排気部の外周面と前記スクロール部の凸設部との間に隙間が形成された状態で、前記排気部と前記スクロール部の排ガス流出口とが連通されることを特徴とする。
このように構成される本発明のタービンハウジングアセンブリは、タービンハウジングを内部に渦状の排ガス流路が形成されるスクロール部と管状の排気部とに要素分解するとともに、スクロール部を1枚の板金を加工することで形成される。また、スクロール部の凹陥部と排気部の一端部とをタービン軸方向に結合することで、排気部の外周面とスクロール部の凸設部との間に隙間が形成された状態で、排気部とスクロール部の排ガス流出口とが連通される。
このように、タービンハウジングをスクロール部と排気部とに要素分解し、該スクロール部を1枚の板金を加工して形成したため、タービンハウジングの熱容量を小さくすることができるとともに、タービンハウジングの軽量化を図ることができる。また、1枚の板金を加工して形成することから、スクロール部の製造が容易である。
また、タービンハウジングをスクロール部と排気部とに要素分解し、排気部の外周面とスクロール部の凸設部との間に隙間が形成された状態で、排気部とスクロール部の排ガス流出口とが連通されることから、排ガス流路を流れる高温の排ガスの影響が排気部へと伝わり難くなる。したがって、前記排気部を前記スクロール部よりも耐熱強度の低い材料、すなわち前記スクロール部よりもニッケル含有量の低い廉価な材料によって形成でき、タービンハウジングの低コスト化を図ることができる。
上記発明において、前記排気部の外周面と前記スクロール部の凸設部との間には、リブが形成されていることが望ましい。このようなリブが排気部の外周面とスクロール部の凸設部との間に形成されていれば、スクロール部と排気部とがより強固に連結される。
また上記発明において、前記タービンホイールの回転軸を支持するベアリングが収容されるベアリングハウジングと結合される連結部を備え、該連結部を1枚の板金を加工して形成するとともに、前記スクロール部とは別体に構成し、前記スクロール部と前記連結部とをタービン軸方向と直交する環状蓋部と夫々溶接し、該環状蓋部を介してタービン軸方向に連結することが望ましい。
このように、タービンハウジングをスクロール部と排気部と連結部とに要素分割し、該連結部をスクロール部とは別体に構成することで、本発明のタービンハウジングアセンブリを構成する各構成部材を単純な形状とすることができ、各構成部材の製造を容易化することができる。また、スクロール部と連結部とをタービン軸方向と直交する環状蓋部を介してタービン軸方向に連結する構成としたことで、本発明のタービンハウジングアセンブリを構成する連結部、環状蓋部、スクロール部、および排気部の各構成部材が、全てタービン軸方向に結合される形態となり、タービンハウジングアセンブリの組み立て性が向上する。
また、タービンハウジングを内部に渦状の排ガス流路が形成されるスクロール部と、管状の排気部と、ベアリングハウジングと結合される連結部とに要素分解したことから、本発明のタービンハウジングアセンブリを規格化された複数の構成要素(モジュール)の組立体として構成することができ、製造を容易化できる。
また、スクロール部とともに連結部についても1枚の板金を加工して形成したため、タービンハウジングの熱容量を小さくすることができるとともに、タービンハウジングの軽量化を図ることができる。また、1枚の板金を加工して形成することから、連結部の製造も容易である。
また、タービンハウジングをスクロール部と排気部と連結部とに要素分解するとともに、スクロール部と連結部とを溶接によって結合したため、密封性に優れており、従来のような外部シェルは不要である。このため、タービンハウジングの軽量化と低熱容量化を図ることができる。
また、タービンハウジングをスクロール部と排気部と連結部とに要素分解し、スクロール部と連結部とをタービン軸方向と直交する環状蓋部を介してタービン軸方向に連結したことから、スクロール部における高温の排気ガスの影響を環状蓋部によって遮蔽することができる。
このように構成される本発明のタービンハウジングアセンブリは、前記タービンホイールへの排ガスの流れを調整する可変ノズル機構を備え、該可変ノズル機構が、前記スクロール部および前記連結部に内挿されている。すなわち、可変容量型ターボチャージャのタービンハウジングを構成している。
本発明によれば、従来の板金製のタービンハウジングと比べて、より一層の軽量化、製造の容易化、低コスト化、および低熱容量化を実現したタービンハウジングアセンブリおよび該タービンハウジングアセンブリの製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図1は本発明のタービンハウジングアセンブリを示した斜視図、図2は本発明のタービンハウジングアセンブリの分解斜視図である。また、図3は本発明のタービンハウジングアセンブリの正面図、図4は本発明のタービンハウジングアセンブリの側面図、図5~図9は図3および図4のA-A~E-Eにおける各断面図である。
本発明のタービンハウジングアセンブリ1は、特に限定されないが、例えば可変ノズル機構を備えたVG(Variable Geometry)ターボチャージャのタービンハウジングである。VGターボチャージャは、タービンハウジングに可変ノズル機構を有し、エンジン条件に合わせて該可変ノズル機構のノズル開度が調整されることで、導入する排ガス流量を制御する。そして、排ガス流量によってタービンホイールの回転数を増減することで、過給圧を最適な圧力へと制御する。
本発明のタービンハウジングアセンブリ1は、図2に示したように、スクロール部2、連結部4、環状蓋部6、排気部8などの複数の構成部材が組み立てられることで、図1に示した如く構成される。そして図1に示したように、組み立てられたタービンハウジングアセンブリ1には、その正面側から可変ノズル機構3およびタービンホイール5が内挿される。そして組み立てられたタービンハウジングアセンブリ1の正面側には、タービンホイール5の回転軸を回転可能に支持するベアリングを収容するベアリングハウジング(不図示)が結合される。
スクロール部2は、図1、図2、図6などに示したように、周壁部20と底面部22とを有する有底筒状に形成されている。そして図8に示したように、該有底筒状のスクロール部2の内部には、周壁部20に沿って排ガス流路2Aが渦状に形成されるとともに、底面部22には、該渦状に形成された排ガス流路2Aに囲繞された位置に排ガス流出口2Bが貫通している。
この渦状の排ガス流路2Aの底面22aは、図5および図6に示したように、底面部22の背面側に凸設した形状となっている。また、その流路断面は所定周り方向に向かって一様に浅くなるように形成されている。これにより、底面部22の背面側は凹凸状に形成され、排ガス流出口2Bが貫通した凹陥部22bと、該凹陥部22bを囲繞する凸状に形成された凸設部22aとが形成される。
また、図2、図4~図7に示したように、周壁部20の先端部には、周壁部20に対して略垂直方向に外側に突設したフランジ部20aが形成されている。また該フランジ部20aには、フランジ部20aから外側に突設された受け部20bが、円周方向に等間隔で複数形成されている。
また、図2、図8などに示したように、排ガス流路2Aの上流端には排ガス流出口24が形成されている。該排ガス流入口24には、平板状のエンジン側フランジ部10が例えば溶接によって結合されている。該エンジン側フランジ部10にはボルト挿通孔10bが形成されており、不図示の排気管とボルトによって締結されるようになっている。そしてこれにより、エンジンから排出された高温の排ガスが排気管を流れ、エンジン側フランジ部10の開口10aから排ガス流入口24を介して排ガス流路2Aに導入される。導入された排ガスは、上述したタービンホイール5を回転せしめた後、排ガス流出口2Bから排出されるようになっている。
連結部4は、図2、図5、図6などに示したように、環状に形成された平板状のフランジ部4aと、該フランジ部4aに対して垂直に突設する環状の突設部4bとから構成されている。フランジ部4aには、その円周方向に等間隔で複数のブッシュ挿通孔4cが設けられており、該複数のブッシュ挿通孔4cの各々には、円筒状をなし、その貫通孔に溝が切られたネジブッシュ16が挿通されるようになっている。このネジブッシュ16は、上述したベアリングハウジングと連結部4とをボルト等によって締結する際のボルト孔として利用される。
環状蓋部6は、図2に示したように、環状に形成された平板部6aと、該平板部6aから外側に延設された受け部6bとから構成されている。この受け部6bは、上述したスクロール部2の受け部20b、および連結部4のブッシュ挿通孔4cと対応する位置に、これらと同じ間隔で設置されている。
これらスクロール部2、連結部4、および環状蓋部6は、夫々1枚の薄板の板金を加工することで形成される。すなわち、平板状の1枚の板金を曲げ加工、プレス加工等の方法によって所定の形状に塑性変形させ、また打ち抜き加工等によって部分的に不要な箇所を切除することで形成される。また、これらスクロール部2、連結部4、および環状蓋部6の材質は、例えばオーステナイト系ステンレス鋼等の耐熱鋼が好適に用いられる。
排気部8は、図2に示したように、管状に形成されている。そして、排気部8の一端部8aは上述したスクロール部2の底面部22の背面側における凹陥部22bに例えば溶接によって結合され、排ガス流出口2Bと連通される。また、排気部8の他端部8bには、環状の平板部材からなるマフラー側フランジ部12が例えば溶接などによって結合されている。そして、マフラー側フランジ部12と不図示のマフラー側排気管とが連結されることで、排気部8を流れた排気ガスがマフラー側排気管を経由してマフラーから車外に排出されるようになっている。
また図5および図6に示したように、スクロール部2の凹陥部22bに結合された排気部8の外周面と凸設部22aとの間には隙間aが形成されている。このように、排気部8の外周面とスクロール部2の凸設部22aとの間に隙間aが形成されるように排気部8がスクロール部2に結合されていれば、排ガス流路2Aを流れる高温の排ガスの影響が排気部8へと伝わり難くなる。なお、本発明において排気部8の外周面と凸設部22aの隙間aとは、排気部8の外表面に対して垂直する方向における両者の離間距離を意味している。
すなわち、そもそもタービンホイール5を通過した排ガスは膨張して温度が低下するため、排気部8に流入する排気ガスの温度は、排ガス流路2Aを流れる排ガスの温度よりも100度程度低くなる。したがって、排気部8の外表面と凸設部22aとの間に隙間aが形成されるように、排気部8とスクロール部2とが結合されていれば、排ガス流路2Aを流れる高温の排ガスの影響は排気部8へと伝わり難くなるため、排気部8を通過する排ガスの温度を対象として排気部8の材質を選定できる。よって、排気部8の材質をスクロール部2の材質よりも耐熱強度の低い材料(具体的には、ニッケル含有量の低い廉価なステンレス材料)から形成することが可能となる。
また図5に示したように、スクロール部2の凸設部22aの内周側には補強リブ25が設けられている。そして、該補強リブ25と排気部8の外周面とは、例えば溶接によって結合されている。また、この補強リブ25は、図9に示したように、円周方向に等間隔に複数(例えば3つ)設けられる。このような補強リブ25を設けることで、スクロール部2と排気部8とがより強固に連結される。
なお本実施形態の補強リブ25は、図5に示したように、スクロール部2の凸設部22aと一体的に設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図示しないが、補強リブ25が排気部8と一体に設けられ、該補強リブ25と凸設部22aの内周側とが結合されるように構成されてもよい。また例えば、補強リブ25がスクロール部2および排気部8とは別体に設けられ、該補強リブ25と凸設部22aの内周側および排気部8の外周面とが結合されるように構成されてもよい。
また図2に示したように、連結部4の正面側には環状のリング部材14が嵌挿される。このリング部材14は、図5、図6などに示したように、環状蓋部6と当接する位置まで嵌挿される。そしてリング部材14の内周側には可変ノズル機構3が挿入される。このようなリング部材14が連結部4に嵌挿されていれば、可変ノズル機構3の位置決めを容易に行うことが可能である。
以上のとおり、本発明のタービンハウジングアセンブリ1は、タービンハウジングを内部に渦状の排ガス流路が形成されるスクロール部2と管状の排気部8とに要素分解するとともに、スクロール部2を1枚の板金を加工することで形成される。また、スクロール部2の凹陥部20bと排気部8の一端部8aとをタービン軸方向に結合することで、排気部8の外周面とスクロール部2の凸設部20aとの間に隙間aが形成された状態で、排気部8とスクロール部2の排ガス流出口2Bとが連通されている。
このように、タービンハウジングをスクロール部2と排気部8とに要素分解し、スクロール部2を1枚の板金を加工して形成したため、タービンハウジングの熱容量を小さくすることができるとともに、タービンハウジングの軽量化を図ることができる。また、1枚の板金を加工して形成することから、スクロール部2の製造が容易である。
また上述したように、タービンハウジングをスクロール部2と排気部8とに要素分解し、排気部8の外周面とスクロール部2の凸設部20aとの間に隙間aが形成された状態で、排気部8とスクロール部2の排ガス流出口2Bとが連通されることから、スクロール部2の排ガス流路2Aを流れる高温の排ガスの影響が排気部8へと伝わり難くなる。したがって、排気部8をスクロール部2よりも耐熱強度の低い材料、具体的には、スクロール部2よりもニッケル含有量の低い廉価なステンレス材料によって形成でき、タービンハウジングの低コスト化を図ることができる。
また上述したように、排気部8の外周面とスクロール部2の凸設部20aとの間に補強リブ25が形成されていれば、スクロール部2と排気部8との連結をより強固にすることができる。
また上述したように、本発明のタービンハウジングアセンブリ1は、連結部4を1枚の板金を加工して形成するとともに、スクロール部2とは別体に構成し、スクロール部2と連結部4とをタービン軸方向と直交する環状蓋部6を介してタービン軸方向に連結されている。
このように、タービンハウジングをスクロール部2と排気部8と連結部4とに要素分割し、連結部4をスクロール部2とは別体に構成することで、本発明のタービンハウジングアセンブリ1を構成する各構成部材を単純な形状とすることができ、各構成部材の製造を容易化することができる。また、スクロール部2と連結部4とをタービン軸方向線7と直交する環状蓋部6を介してタービン軸方向に連結する構成としたことから、連結部4、環状蓋部6、スクロール部2、および排気部8の各構成部材が、全てタービン軸方向に結合される形態となり、タービンハウジングアセンブリ1の組み立て性が向上する。
また上述したように、タービンハウジングを内部に渦状の排ガス流路2Aが形成されるスクロール部2と、管状の排気部8と、ベアリングハウジングと結合される連結部4とに要素分解したことから、本発明のタービンハウジングアセンブリ1を規格化された複数の構成要素(モジュール)の組立体として構成することができ、タービンハウジングの製造を容易化することができる。
また上述したように、スクロール部2とともに連結部4についても1枚の板金を加工して形成したため、タービンハウジングの熱容量を小さくすることができるとともに、タービンハウジングの軽量化を図ることができる。また、1枚の板金を加工して形成することから、連結部4の製造も容易である。
また上述したように、タービンハウジングをスクロール部2と排気部8と連結部4とに要素分解するとともに、スクロール部2と連結部4とを溶接によって結合したため、密封性に優れており、従来のような外部シェルは不要である。このため、タービンハウジングの軽量化と低熱容量化を図ることができる。
また上述したように、タービンハウジングをスクロール部と排気部8と連結部4とに要素分解し、スクロール部2と連結部4とをタービン軸方向線7と直交する環状蓋部6を介してタービン軸方向に連結したことから、スクロール部2における高温の排気ガスの影響を環状蓋部6によって遮蔽することができる。このため、連結部4をスクロール部2よりも耐熱強度の低いステンレス材料、すなわちスクロール部2よりもニッケル含有量の低い廉価なステンレス材料によって形成することができる。これにより、タービンハウジング全体を同一の材料によって形成する場合と比べて、タービンハウジングの低コスト化を図ることができる。
また上述したように、環状蓋部6をスクロール部2および連結部4とは別体に構成したことから、スクロール部2、連結部4、環状蓋部6などの各構成部材を単純な形状とすることができ、各構成部材の製造を容易化することができる。またこの際、環状蓋部6についても1枚の板金を加工して形成することで、タービンハウジングの軽量化および低熱容量化にも資する。
このような本発明によれば、従来の板金製のタービンハウジングと比べて、より一層の軽量化、製造の容易化、低コスト化、および低熱容量化を実現したタービンハウジングを提供することができる。
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
例えば図10は、本発明別の実施形態のタービンハウジングアセンブリを示した断面図である。この図10に示したように、本発明のスクロール部2は、その底面部22において、排ガス流出口2Bの周囲を背面側に折り曲げてなる、排気部8の一端部8aが嵌挿可能に構成された嵌挿部22cが形成されていてもよい。このような嵌挿部22cが形成されていれば、該嵌挿部22cに排気部8の一端部8aを嵌挿し、該一端部8aと嵌挿部22cの内周側とを例えば図11に示したように隅肉溶接23で結合することができる。このようにすれば、排気部8の一端部8aを嵌挿部22cに嵌挿することで、排気部8の位置決めと溶接時の仮止めとを同時に行うことができるため、溶接作業性に優れる。
本発明は、ターボチャージャ用のタービンハウジングアセンブリ、好ましくは車載用VGターボチャージャのタービンハウジングアセンブリとして好適に用いることができる。
Claims (8)
- エンジンから導入される排ガスによって回転するタービンホイールが内挿されるタービンハウジングを、複数の構成部材を結合して構成したタービンハウジングアセンブリにおいて、
周壁部と底面部とを有する有底筒状に形成され、該有底筒状の内部には排ガス流入口から流入した排ガスが流れる渦状の排ガス流路が形成されるとともに、該底面部には前記排ガス流路を流れた排ガスが流出する排ガス流出口が貫通したスクロール部と、
前記スクロール部とは別体に構成された管状の排気部と、を少なくとも備え、
前記スクロール部は1枚の板金を加工して形成され、該スクロール部の底面部の背面側には、前記排ガス流出口が貫通した凹陥部と、前記排ガス流路の底面が背面側に凸設することで形成された凸設部とが形成され、該凸設部は前記凹陥部を囲繞するように形成されており、
前記スクロール部の凹陥部と前記排気部の一端部とをタービン軸方向に結合することで、前記排気部の外周面と前記スクロール部の凸設部との間に隙間が形成された状態で、前記排気部と前記スクロール部の排ガス流出口とが連通されることを特徴とするタービンハウジングアセンブリ。 - 前記排気部が、前記スクロール部よりも耐熱強度の低い材料から形成されていることを特徴とする請求項1に記載のタービンハウジングアセンブリ。
- 前記連結部が、前記スクロール部よりもニッケル含有量の低い材料から形成されていることを特徴とする請求項2に記載のタービンハウジングアセンブリ。
- 前記排気部の外周面と前記スクロール部の凸設部との間には、リブが形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のタービンハウジングアセンブリ。
- 前記タービンホイールの回転軸を支持するベアリングが収容されるベアリングハウジングと結合される連結部を備え、該連結部を1枚の板金を加工して形成するとともに、前記スクロール部とは別体に構成し、前記スクロール部と前記連結部とをタービン軸方向と直交する環状蓋部と夫々溶接し、該環状蓋部を介してタービン軸方向に連結したことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のタービンハウジングアセンブリ。
- 前記環状蓋部が、前記スクロール部および前記連結部とは別体に構成されていることを特徴とする請求項5に記載のタービンハウジングアセンブリ。
- 前記環状蓋部が、1枚の板金を加工して形成されていることを特徴とする請求項6に記載のタービンハウジングアセンブリ。
- 前記タービンホイールへの排ガスの流れを調整する可変ノズル機構を備え、該可変ノズル機構が、前記スクロール部および前記連結部に内挿されていることを特徴とする請求項4~7のいずれかに記載のタービンハウジングアセンブリ。
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