(57)【要約】【課題】タービンハウジングにウォータジャケットを形成している水冷式の排気ターボ過給機において、タービンハウジングの冷却性能は確保しつつ、熱損失を抑制する。【解決手段】ウエイストゲート通路１０の出口部の端面に、ウエイストゲートバルブ１１が当るバルブシート２５を配置している。バルブシート２５に、ウエイストゲート通路１０に入り込む筒部２６を形成しており、筒部２６とウエイストゲート通路１０の内周面との間に、断熱空間２７を形成している。断熱空間２７では排気ガスは流れずに、ウエイストゲート通路１０の内周部の昇温が抑制されると共に、冷却水への放熱量も低下する。従って、熱損失を抑制して、ラジエータの小型化等を通じて燃費の向上に貢献できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス流入通路からウエイストゲート通路が分岐しているアルミ製のタービンハウジングと、前記ウエイストゲート通路の出口を開閉するウエイストゲートバルブと、前記ウエイストゲートバルブが当接するように前記ウエイストゲート通路の出口部に配置したバルブシートとを備えており、
前記タービンハウジングに、前記ウエイストゲート通路を囲うようにウォータジャケットが形成されている構成であって、
前記バルブシートに、前記ウエイストゲート通路の内部に入り込む筒部が設けられており、前記筒部と前記ウエイストゲート通路の内周面との間に、前記筒部からタービンハウジングへの伝熱を抑制する遮熱部を形成している、
排気ターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、少なくともタービンハウジングをアルミ製としている排気ターボ過給機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気ターボ過給機は、タービン翼が配置されたタービンスクロール室を有するタービンハウジングを備えており、タービンスクロール室には、シリンダヘッド又は排気マニホールドに接続される排気ガス流入通路が連通している。そして、排気ガス流入通路からウエイストゲート通路が分岐しており、ウエイストゲート通路の出口をウエイストゲートバルブで開閉することにより、過給の出力が制御されるようになっている。
【０００３】
そして、ウエイストゲート通路の出口部の端面には、ウエイストゲートバルブが繰り返し当たることから、特許文献１に開示されているように、硬い金属からなるバルブシート（弁座）を配置している。特許文献１には開示されていないが、バルブシートは、一般に、タービンハウジングに圧入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−９８９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、排気ターボ過給機のハウジングをアルミで製造すると、軽量化されて燃費の向上に貢献できる。しかし、アルミは熱に弱いため、アルミ製の排気ターボ過給機においては、少なくともタービンハウジングにウォータジャケットを設けて、冷却水で冷却する必要がある。特に、ウエイストゲート通路の箇所は過酷な熱環境になるため、冷却水による冷却の必要性は高い。
【０００６】
しかし、単にウエイストゲート通路を冷却水で冷却しただけの構造では、排気ガスから冷却水への伝熱量が多くて熱損失も増大するため、ラジエータの大型化やウォータポンプの吐出量増大といった問題が生じるおそれがある。
【０００７】
また、一般に、排気ターボ過給機の下流側には触媒を配置していることが多いが、触媒はある程度の温度に昇温しないと活性化しないという性質があるため、ウエイストゲート通路において排気ガスから冷却水に旺盛に放熱されると、触媒に至る排気ガスの温度が過剰に低下して、始動してから触媒が活性化するまでに時間がかかるという問題もある。
【０００８】
更に、タービンハウジングは、冷却水によって冷却を考慮して、昇温が各部位においてなるべく均等になるように肉厚等を設定して、熱ひずみをできるだけ小さくする必要があるが、タービンハウジングは鋳造によって製造されているため、形状が複雑になり過ぎると、金属湯の流れが悪くなって加工精度が悪くなる等の問題も発生しやすくなる。
【０００９】
本願発明はこのような現状を契機に成されたものであり、タービンハウジングをアルミ化・水冷化することに起因した問題を、簡単な構造で改善しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の排気ターボ過給機は、
「排気ガス流入通路からウエイストゲート通路が分岐しているアルミ製のタービンハウジングと、前記ウエイストゲート通路の出口を開閉するウエイストゲートバルブと、前記ウエイストゲートバルブが当接するように前記ウエイストゲート通路の出口部に配置したバルブシートとを備えており、
前記タービンハウジングに、前記ウエイストゲート通路を囲うようにウォータジャケットが形成されている」
という基本構成になっている。
【００１１】
そして、上記基本構成において、
「前記バルブシートに、前記ウエイストゲート通路の内部に入り込む筒部が設けられており、前記筒部と前記ウエイストゲート通路の内周面との間に、前記筒部からタービンハウジングへの伝熱を抑制する遮熱部を形成している」
という構成が付加されている。
【００１２】
本願発明において、ウォータジャケットに関する、「ウエイストゲート通路を囲う」とは、ウエイストゲート通路の全周を囲っている必要はないのであり、ウォータジャケットがウエイストゲート通路の周囲に部分的に形成されている場合も含んでいる。ウエイストゲート通路の軸方向の範囲も同様であり、ウォータジャケットがウエイストゲート通路の全長に亙って形成されている必要はない。また、遮熱部は、伝熱を抑制する部位という意味であり、具体的な構造としては、断熱空間を形成したり、耐熱性に優れた断熱材を配置したりすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明では、バルブシートの筒部とウエイストゲート通路の内周面との間に遮熱部が形成されているため、排気ガスがウエイストゲート通路の内周面に接触して流れることはない。従って、ウエイストゲート通路を通過する排気ガスから冷却水への伝熱量（放熱量）を抑制しつつ、タービンハウジングの昇温を抑制できる。
【００１４】
よって、排気ターボ過給機を流れる冷却水の流量を抑制して、ラジエータの小型化やウォータポンプの出力抑制を通じて燃費の向上に貢献できる。また、排気ガスの温度低下を抑制できるため、下流側に配置した触媒の早期活性化を促進して、排気ガスの浄化性能向上にも貢献できる。更に、タービンハウジングの昇温を抑制できることにより、タービンハウジングのうちウエイストゲート通路が形成されている部分は、複雑な形状にすることなく熱ひずみを抑制可能になる。従って、鋳造に際しての金属湯の流れをスムース化して、鋳造精度の向上・歩留りの向上に貢献できる。
【００１５】
そして、筒部はバルブシートに設けているため、構造及び組み付けは簡単であり、コストアップも抑制できる。特に、遮熱部として断熱空間を採用すると、構造はごく簡単になるため、コスト面で特に有益である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係るタービンハウジングを排気出口の方から見た斜視図である。
【図２】（Ａ）はタービンハウジングの平面図、（Ｂ）はタービンハウジングの正面図である。
【図３】部分的な縦断正面図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）とも要部を示す断面図である。
【図５】別例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
(1).排気ターボ過給機の基本構造
次に、本願発明を自動車用内燃機関の排気ターボ過給機に適用した実施形態を、図面に基づいて説明する。まず、図１〜３を参照して概要を説明する。
【００１８】
本実施形態では、方向を明確にするため前後・左右・上下の文言を使用するが、回転軸の長手方向を左右方向として、これと直交すると共にシリンダヘッドＨ（図２（Ａ）参照）の排気側面と直交した方向を前後方向としている。前と後ろについては、シリンダヘッドＨから向いた方向を前としている。上下方向は鉛直方向である。念のため、図１及び図２（Ａ）に方向を明示している。
【００１９】
図３に示すように、排気ターボ過給機は、タービン翼１と図示しないコンプレッサ翼とを備えており、両者は、略水平姿勢に配置された回転軸２の一端部と他端部とに固定されている。また、図２（Ｂ）に示すように、排気ターボ過給機は、タービンハウジング３とコンプレッサハウジング４、及び、両者の間に位置した軸受けハウジング（センターハウジング）５を有しており、タービンハウジング３と軸受けハウジング５とは、アルミの鋳造品として一体に製造されている。コンプレッサハウジング４は、アルミのダイキャスト品又は鋳造品である。
【００２０】
タービンハウジング３には、タービン翼１を囲うようにタービンスクロール室６が形成されていると共に、タービン翼１の回転軸心方向に開口した排気出口穴７が形成されている。タービンスクロール室６は、タービン翼１の回転軸心からの距離が始端から終端に向けて徐々に小さくなる渦巻き形状になっており、その始端（上端）に、シリンダヘッドＨに向けて開口した排気ガス流入通路８（図３参照）が連通している。
【００２１】
従って、タービンハウジング３は、タービンスクロール室６が形成された円形状部３ａと、排気ガス流入通路８が形成された入口筒部３ｂとを有しており、かつ、軸受けハウジング５と反対側に突出したサイド張り出し部３ｃが、円形状部３ａ及び入口筒部３ｂと一体に繋がった状態で形成されている。入口筒部３ｂの後端には、シリンダヘッドＨ（又は排気マニホールドの集合部）にボルトで固定される入口側フランジ９が形成されている。
【００２２】
また、図１及び図３に示すように、排気ガス流入通路８から分岐したウエイストゲート通路１０が、軸受けハウジング５と反対側に向けて開口しており、ウエイストゲート通路１０と排気出口穴７とは、サイド張り出し部３ｃの内部で連通している。このため、サイド張り出し部３ｃは上下に長い形態になっている。
【００２３】
ウエイストゲート通路１０は、図３に簡略して表示しているウエイストゲートバルブ１１で開閉される。サイド張り出し部３ｃの上端部には、ウエイストゲートバルブ１１を駆動する弁軸が嵌まる弁軸穴１２が、略上下方向に貫通した状態に形成されている。従って、サイド張り出し部３ｃの内部のうちその上部は、ウエイストゲートバルブ１１の回動を許容するウエイストゲート空間１３になっている。
【００２４】
なお、ウエイストゲートバルブ１１は、コンプレッサハウジング４に設けたダイヤフラム式のアクチュェータや、コンプレッサハウジング４又はタービンハウジング３に設けた電動負圧式のアクチュエータ等によって駆動される。
【００２５】
タービンハウジング３のサイド張り出し部３ｃには出口側フランジ１４が形成されており、図示は省略するが、この出口側フランジ１４に、触媒を内蔵した触媒ケースが固定される。
【００２６】
図３に示すように、軸受けハウジング５には、フローティングメタル１５を介して回転軸２を回転自在に保持する軸受け部１６が形成されている。また、軸受けハウジング５には、上向きに開口したオイル供給穴１７と、下向きに開口したオイル排出穴１８とが形成されている。図３のとおり、排気出口孔７には、タービンスクロール室６の内周部を構成するシュラウドピース１９が装着されている。
【００２７】
タービンハウジング３には、冷却水が流れるウォータジャケットを形成している。ウォータジャケットは、軸受けハウジング５の側に位置したインサイドジャケット２０と、排気出口孔７の側に位置したアウトサイドジャケット２１とで構成されており、両者は、タービンスクロール室６と排気ガス流入通路８とをそれぞれ左右に二分するように延びるセンター隔壁２２によって左右に分離している。なお、左右のジャケット２０，２１は、センター隔壁２２によって分離せずに、一体に連通させてもよい（断続的に配置したブリッジ部によって分離してもよい。）。
【００２８】
アウトサイドジャケット２１は、ウエイストゲート通路１０を囲うと共に、排気出口穴７も囲っている。そして、インサイドジャケット２０とアウトサイドジャケット２１とは下端において連通しており、タービンハウジング３における円形状部３ａの下端には、インサイドジャケット２０及びアウトサイドジャケット２１に向けて冷却水を送る冷却水入口ポート２３が、下向きに開口するように形成されている。
【００２９】
インサイドジャケット２０とアウトサイドジャケット２１とは、上端においても連通している。そこで、タービンハウジング３における入口筒部３ｂの上端部には、インサイドジャケット２０及びアウトサイドジャケット２１に連通した冷却水出口ポート２４が上向きに形成されている。
【００３０】
(2).ウエイストゲート通路の断熱構造
図４に明示するように、ウエイストゲート通路１０の出口部端面に、ウエイストゲートバルブ１１が当たる金属板製のバルブシート２５を重ね配置しているが、バルブシート２５に、ウエイストゲート通路１０の内部に入り込む筒部２６を一体に形成している。筒部２６は、ウエイストゲート通路１０のほぼ全長に亙って延びている。
【００３１】
そして、図４のうち（Ａ）に示す例では、筒部２６は全体がストレート構造になっており、筒部２６の外径をウエイストゲート通路１０の内径よりもある程度の寸法だけ小径に設定することにより、筒部２６とウエイストゲート通路１０の内周面との間に、遮熱部として、ある程度の間隔の断熱空間２７を形成している。従って、（Ａ）に示す例では、断熱空間２７は排気ガス流入通路８に向けて開口している。
【００３２】
他方、図４のうち（Ｂ）に示す例では、筒部２６の先端に、ウエイストゲート通路１０の内周面に当接するフランジ部（拡径部）２８を形成している。従って、（Ｂ）に示す例では、断熱空間２７は密閉した空間になっている。いずれにおいても、バルブシート２５は、ウエイストゲート通路１０の出口部の端面に形成された座繰り溝２９に、離脱不能に嵌着している。
【００３３】
このように、ウエイストゲート通路１０の内周部に断熱空間２７を形成すると、断熱空間２７の箇所では排気ガスは流れずに溜まったままになるため、ウエイストゲート通路１０の内周部への伝熱量は、排気ガスがウエイストゲート通路１０の内周面に当たって流れる場合に比べて、著しく低下する。従って、ウエイストゲート通路１０の内周部の昇温が抑制されて、アウトサイドジャケット２１の冷却水への伝熱量も低下する。
【００３４】
従って、ラジエータを介して冷却水から失われる熱損失を抑制できる。その結果、ラジエータの小型化やウォータポンプの吐出量抑制を通じて、燃費の向上に貢献できる。また、排気ガスの温度低下を抑制できるため、内燃機関の始動後に触媒を早期活性化させて、排気ガスの浄化性能アップにも貢献できる。更に、ウエイストゲート通路１０の周辺部の熱ひずみを抑制できるため、タービンハウジング３を設計するに際しては、複雑なチューニングを無くしてシンプルな形状を採用可能であり、その結果、鋳造するに際して精度を向上できる。
【００３５】
図５に示す例では、バルブシート２５の筒部２６とウエイストゲート通路１０の内周面との間に、遮熱部として、無機系の断熱材３０を挟み込んでいる。断熱材３０は、バルブシート２５と重なるフランジ３０ａを有している。従って、遮熱性を更に向上できる。
【００３６】
図５の例では、筒部２６は全長に亙ってストレートになっているが、図４（Ｂ）のタイプと断熱材３０とを組み合わせてもよい。また、断熱材３０は、単なる筒状に形成して、筒部２６の箇所のみに配置してもよい。
【００３７】
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。    
【産業上の利用可能性】
【００３８】
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。
【符号の説明】
【００３９】
１  タービン翼
２  回転軸
３  タービンハウジング
４  コンプレッサハウジング
５  軸受けハウジング
６  タービンスクロール室
７  排気出口孔
８  排気ガス流入通路
１０  ウエイストゲート通路
１１  ウエイストゲートバルブ
２０，２１  ウォータジャケット
２５  バルブシート
２６  筒部
２７  遮熱部の例としての断熱空間
２８  フランジ部
３０  遮熱部の例としての断熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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