(57)【要約】【課題】亀裂の発生及び進展を効果的に抑制でき、且つ材料コスト及び重量の低減が可能な過給機のタービンハウジングを提供する。【解決手段】バルブハウジング部１２は、隔壁部３１と、隔壁部３１の外周縁から湾曲壁部３２を介して立ち上がるバルブ周壁部３３と、出口フランジ１５と、環状ボスからなるウェイストゲート弁座３４とを有する。湾曲壁部３２のウェイストゲート弁座３４に隣接する部分に局部的に肉厚にされた肉厚部３５を設ける。これにより、応力が集中する肉厚部３５における亀裂の発生及び進展を効果的に抑制できる。また、タービンハウジング２に安価な材料を用いても、湾曲壁部３２の肉厚部３５以外の部分及びバルブ周壁部３３を薄肉にすることで、タービンハウジング２を軽量化できるうえ、バルブハウジング部１２における亀裂の発生及び進展を抑制できる。【選択図】図２
2020060139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンホイールを収容するタービン室を画定するタービンハウジング部と、前記タービン室に接線方向に連通する排気導入通路を画定する排気導入管部と、前記タービン室から軸線方向に沿って延出するタービン出口通路を介して前記タービン室と連通するウェイストゲート出口流路を画定し、前記排気導入通路と前記ウェイストゲート出口流路とを連通するバイパス通路を選択的に開閉させるウェイストゲートバルブを収容するバルブハウジング部とを一体形成してなる過給機のタービンハウジングであって、
前記タービンハウジング部が、前記ウェイストゲート出口流路と前記タービン室及び前記排気導入通路との間に設けられ、前記タービン出口通路及び前記バイパス通路が開口する隔壁部と、前記ウェイストゲート出口流路の外周を画定するべく、前記隔壁部の外周縁から湾曲壁部を介して立ち上がるバルブ周壁部と、前記バルブ周壁部の下流端に設けられた出口フランジと、前記バイパス通路の下流側開口を外囲するように前記隔壁部の内面に前記ウェイストゲート出口流路に向けて突設された環状ボスからなるウェイストゲート弁座と、を有し、
前記湾曲壁部の前記ウェイストゲート弁座に隣接する部分に局部的に肉厚にされた肉厚部が設けられたことを特徴とする過給機のタービンハウジング。
【請求項２】
前記タービン出口通路の軸方向視において、前記タービン出口通路と前記バイパス通路とが前記隔壁部の中心に対して互いに異なる方向にオフセットしており、
前記肉厚部が、前記ウェイストゲート弁座に対して前記タービン出口通路と相反する側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の過給機のタービンハウジング。
【請求項３】
前記タービン出口通路の軸方向視において、前記バルブハウジング部が、前記タービンハウジング部に対して前記排気導入管部の側にオフセットし且つ前記排気導入管部に対して外側に膨出するように設けられており、
前記肉厚部が、前記バルブハウジング部の前記排気導入管部に対して外側に膨出する部分に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の過給機のタービンハウジング。
【請求項４】
前記ウェイストゲートバルブが、前記バイパス通路の軸線に対して一側にオフセットした位置に設けられた駆動シャフトによって他側に向けて開くように回動自在に支持されており、
前記肉厚部が、前記湾曲壁部において前記ウェイストゲート弁座に最も近い部分に対して前記他側にオフセットしていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の過給機のタービンハウジング。
【請求項５】
前記バイパス通路及び前記タービン出口通路を通る断面において、前記肉厚部の厚さが前記ウェイストゲート弁座から前記出口フランジに向けて漸減することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の過給機のタービンハウジング。
【請求項６】
前記バイパス通路及び前記タービン出口通路を通る断面において、前記肉厚部の内面の曲率半径が、外面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の過給機のタービンハウジング。
【請求項７】
前記肉厚部の内面が、前記隔壁部の側に設けられた第１曲率半径を有する上流側部分と、前記上流側部分の下流に連続し、前記第１曲率半径の５倍以上の第２曲率半径を有し且つ前記上流側部分よりも５倍以上長い下流側部分とを有していることを特徴とする請求項６に記載の過給機のタービンハウジング。
【請求項８】
前記肉厚部の内面が、前記隔壁部の内面と前記ウェイストゲート弁座の外周面とを連結する環状湾曲面に連結していることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の過給機のタービンハウジング。
【請求項９】
前記ウェイストゲート弁座の前記環状湾曲面と前記肉厚部の内面との連結部に、前記バイパス通路の軸線に対して接線方向に延在する溝が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の過給機のタービンハウジング。
【請求項１０】
前記溝が前記バイパス通路の周方向に沿って湾曲していることを特徴とする請求項９に記載の過給機のタービンハウジング。
【請求項１１】
前記溝が前記ウェイストゲート弁座の前記環状湾曲面と前記肉厚部の内面との連結部を横断するように設けられていることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の過給機のタービンハウジング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、過給機のタービンハウジングに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の出力を増大させる装置として、エンジンの排ガスのエネルギーを利用して給気を圧縮する過給機、いわゆるターボチャージャが公知である。ターボチャージャは、一般に、タービンハウジングとコンプレッサハウジングとをセンタハウジングにより一体に連結して構成されており、排ガスによって回転するタービンホイールの回転をセンタハウジング内のベアリングシャフトを介してコンプレッサホイールに伝達し、コンプレッサホイールを回転させることによって給気を圧縮する。
【０００３】
また、ターボチャージャには、タービンロータの回転を調節して過給を適切に行うために、タービンロータに供給する排ガスを、タービンを経由しないようにバイパスさせるウェイストゲートが設けられる（例えば、特許文献１参照）。ウェイストゲートは、タービン出口通路を介してタービン室と連通するウェイストゲート出口流路に設けられたウェイストゲートバルブと、排気導入通路とウェイストゲート出口流路とを連通し、ウェイストゲートバルブによって開閉されるバイパス通路とを備えており、ウェイストゲートバルブの開度はアクチュエータによって調節される。タービンハウジングは、タービン室だけでなくこれらの排気導入通路やウェイストゲート出口流路を画定する一体物の鋳造品として形成される。
【０００４】
タービンハウジングは、排ガスが流通することから非常に高温になる。そのためタービンハウジングでは、薄肉で高温になる部分に熱疲労や熱衝撃による亀裂が発生することがあることから、亀裂の発生を防止すべく、ニッケル含有量を増加させたオーステナイト球状黒鉛鋳鉄によりタービンハウジングを形成することが行われている（特許文献２参照）。また、亀裂の発生を防止すべく、高温になる部分を厚肉にすることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１１６５５号公報
【特許文献２】特開昭６０−１１６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ニッケル含有量を増加させるとその分だけ材料費が高くなる。また、タービンハウジングハウジングを厚肉にすると、その分だけ材料が多くなってタービンハウジングハウジングが重くなるうえ、材料費も高くなる。
【０００７】
本発明は、このような背景に鑑み、亀裂の発生及び進展を効果的に抑制でき、且つ材料コスト及び重量の低減が可能な過給機のタービンハウジングを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために、本発明のある実施形態は、タービンホイール（５）を収容するタービン室（６）を画定するタービンハウジング部（７）と、前記タービン室（６）に接線方向に連通する排気導入通路（８）を画定する排気導入管部（９）と、前記タービン室（６）から軸線方向に沿って延出するタービン出口通路（１４）を介して前記タービン室（６）と連通するウェイストゲート出口流路（１１）を画定し、前記排気導入通路（８）と前記ウェイストゲート出口流路（１１）とを連通するバイパス通路（１６）を選択的に開閉させるウェイストゲートバルブ（１０）を収容するバルブハウジング部（１２）とを一体形成してなる過給機（１）のタービンハウジング（２）であって、前記バルブハウジング部（１２）が、前記ウェイストゲート出口流路（１１）と前記タービン室（６）及び前記排気導入通路（８）との間に設けられ、前記タービン出口通路（１４）及び前記バイパス通路（１６）が開口する隔壁部（３１）と、前記ウェイストゲート出口流路（１１）の外周を画定するべく、前記隔壁部（３１）の外周縁から湾曲壁部（３２）を介して立ち上がるバルブ周壁部（３３）と、前記バルブ周壁部（３３）の下流端に設けられた出口フランジ（１５）と、前記バイパス通路（１６）の下流側開口を外囲するように前記隔壁部（３１）の内面に前記ウェイストゲート出口流路（１１）に向けて突設された環状ボスからなるウェイストゲート弁座（３４）と、を有し、前記湾曲壁部（３２）の前記ウェイストゲート弁座（３４）に隣接する部分に局部的に肉厚にされた肉厚部（３５）が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
湾曲壁部のウェイストゲート弁座に隣接する部分には、応力が集中しやすく、亀裂が発生、進展しやすい。この構成によれば、この部分に肉厚部を設けることで当該部分における亀裂の発生を効果的に抑制できる。また、タービンハウジングに安価な材料を用いても、湾曲壁部の肉厚部以外の部分及びバルブ周壁部を薄肉にすることで、タービンハウジングを軽量化できるうえ、バルブハウジング部における亀裂の発生及び進展を抑制できる。したがって、亀裂の進展によってウェイストゲート出口流路の排ガスが外部へ漏れることを抑制できる。
【００１０】
また、上記構成において、前記タービン出口通路（１４）の軸方向視において、前記タービン出口通路（１４）と前記バイパス通路（１６）とが前記隔壁部（３１）の中心に対して互いに異なる方向にオフセットしており、前記肉厚部（３５）が、前記ウェイストゲート弁座（３４）に対して前記タービン出口通路（１４）と相反する側に設けられているとよい。
【００１１】
この構成によれば、隔壁部の中心に対してウェイストゲート弁座がオフセットした側、すなわちウェイストゲート弁座がバルブ周壁部に近づいたことで最も応力が集中する部分に肉厚部が設けられる。そのため、バルブハウジング部における亀裂の進展が効果的に抑制される。
【００１２】
また、上記構成において、前記タービン出口通路（１４）の軸方向視において、前記バルブハウジング部（１２）が、前記バルブハウジング部（１２）に対して前記排気導入管部（９）の側にオフセットし且つ前記排気導入管部（９）に対して外側に膨出するように設けられており、前記肉厚部（３５）が、前記バルブハウジング部（１２）の前記排気導入管部（９）に対して外側に膨出する部分に設けられているとよい。
【００１３】
バルブハウジング部の排気導入管部に対して外側に膨出する部分は、内側では排ガスによって加熱される一方、外側では外気によって冷却されるため、内側が拘束されることによって圧縮ひずみが生じる。そして、圧縮ひずみが繰り返し生じることによって疲労亀裂が発生しやすい。この構成によれば、この部分に肉厚部が設けられることにより、バルブハウジング部における亀裂の発生及び進展を抑制できる。
【００１４】
また、上記構成において、前記ウェイストゲートバルブ（１０）が、前記バイパス通路（１６）の軸線に対して一側にオフセットした位置に設けられた駆動シャフト（２５）によって他側に向けて開くように回動自在に支持されており、前記肉厚部（３５）が、前記湾曲壁部（３２）において前記ウェイストゲート弁座（３４）に最も近い部分に対して前記他側にオフセットしているとよい。
【００１５】
ウェイストゲートバルブが開く側は排ガスが流れやすいことから高温になりやすく、亀裂が発生、進展しやすい。この構成によれば、湾曲壁部のウェイストゲート弁座に最も近い部分に対して排ガスが流れる側に肉厚部がオフセットしているため、バルブハウジング部における亀裂の発生及び進展が効果的に抑制される。
【００１６】
また、上記構成において、前記バイパス通路（１６）及び前記タービン出口通路（１４）を通る断面において、前記肉厚部（３５）の厚さが前記ウェイストゲート弁座（３４）から前記出口フランジ（１５）に向けて漸減するとよい。
【００１７】
この構成によれば、肉厚部からバルブ周壁部にかけて壁厚が徐々に変化することから、断面変化による応力集中がなく、応力が分散される。これにより、肉厚部周辺での亀裂の発生及び進展が効果的に抑制される。
【００１８】
また、上記構成において、前記バイパス通路（１６）及び前記タービン出口通路（１４）を通る断面において、前記肉厚部（３５）の内面の曲率半径（Ｒｉ）が、外面の曲率半径（Ｒｏ）よりも大きいとよい。
【００１９】
この構成によれば、湾曲壁部の外面を膨らませることなく肉厚部を形成することができ、タービンハウジングの大型化及び重量化を抑制できる。
【００２０】
また、上記構成において、前記肉厚部（３５）の内面が、前記隔壁部（３１）の側に設けられた第１曲率半径（ｒ１）を有する上流側部分（３６）と、前記上流側部分（３６）の下流に連続し、前記第１曲率半径（ｒ１）の５倍以上の第２曲率半径（ｒ２）を有し且つ前記上流側部分（３６）よりも５倍以上長い下流側部分（３７）とを有しているとよい。
【００２１】
この構成によれば、肉厚部における応力集中を抑制しつつ、外面の膨出によるタービンハウジングの大型化及び重量化を抑制することができる。
【００２２】
また、上記構成において、前記肉厚部（３５）の内面が、前記隔壁部（３１）の内面と前記ウェイストゲート弁座（３４）の外周面（３４ｂ）とを連結する環状湾曲面（３４ｃ）に連結しているとよい。
【００２３】
この構成によれば、応力集中を抑制しつつ、バルブハウジング部の大径化によるタービンハウジングの大型化及び重量化を抑制することができる。
【００２４】
また、上記構成において、前記ウェイストゲート弁座（３４）の前記環状湾曲面（３４ｃ）と前記肉厚部（３５）の内面との連結部に、前記バイパス通路（１６）の軸線に対して接線方向に延在する溝（３８）が形成されているとよい。
【００２５】
上記構成であっても、ウェイストゲート弁座の環状湾曲面と肉厚部の内面との連結部には、成長しても外面に達することがない小さな亀裂が発生することを本願発明者は発見した。この構成によれば、当該部分に予め溝が形成されることによって当該部分における亀裂の発生及び進展を抑制できる。
【００２６】
また、上記構成において、前記溝（３８）が前記バイパス通路（１６）の周方向に沿って湾曲しているとよい。
【００２７】
溝がない場合に発生する亀裂はバイパス通路の周方向に沿って湾曲することを本願発明者は発見した。この構成によれば、バイパス通路の周方向に沿って溝が形成されることにより、当該部分における亀裂の発生及び進展を効果的に抑制できる。
【００２８】
また、上記構成において、前記溝（３８）が前記ウェイストゲート弁座（３４）の前記環状湾曲面（３４ｃ）と前記肉厚部（３５）の内面との連結部を横断するように設けられているとよい。
【００２９】
溝がない場合に発生する亀裂はウェイストゲート弁座の環状湾曲面と肉厚部の内面との連結部に発生する。この構成によれば、この部分に発生する亀裂を含む長さを有するように溝が設けられることにより、当該部分における亀裂の発生及び進展を効果的に抑制できる。
【発明の効果】
【００３０】
このように本発明によれば、亀裂の発生及び進展を効果的に抑制でき、且つ材料コスト及び重量の低減が可能な過給機のタービンハウジングを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態に係る過給機を一部破断して示す斜視図
【図２】図１に示されるタービンハウジングを排気出口側から見た斜視図
【図３】図１中のIII方向から見たタービンハウジングの正面図
【図４】図３中のIV−IV断面図
【図５】図４中のＶ−Ｖ断面図
【図６】図４中のVI−VI断面図
【図７】従来と比較して示すタービンハウジングの図４に相当する断面図
【図８】従来と比較して示すタービンハウジングの図５に相当する断面図
【図９】従来と比較して示すタービンハウジングの図６に相当する断面図
【図１０】図８中のＸ部の拡大図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３３】
図１は実施形態に係る過給機１を一部破断して示す斜視図である。図１に示されるように、過給機１は、タービンハウジング２とコンプレッサハウジング３とがセンタハウジング４を介して一体に組み立てられて構成されている。タービンハウジング２は、タービンホイール５を収容するタービン室６を画定するタービンハウジング部７と、タービン室６に接線方向に連通する排気導入通路８を画定する排気導入管部９と、ウェイストゲートバルブ１０を収容するウェイストゲート出口流路１１を画定するバルブハウジング部１２とを一体形成した鋳造品である。
【００３４】
タービンハウジング部７は、エンジンから排出されるガス（排ガス）によって回転するタービンホイール５を回転自在に保持している。排気導入管部９の上流端には、エンジンの排気マニホールドに締結される入口フランジ１３が一体形成されている。排気導入管部９の下流部分は、排気導入通路８をタービン室６に対して周方向に長く連通させるべく、タービンハウジング２を取り囲む螺旋状をなしている。
【００３５】
ウェイストゲート出口流路１１は、タービン室６から軸線方向に沿って延出するタービン出口通路１４を介してタービン室６と連通している。バルブハウジング部１２はタービン室６の軸線方向に向けて開口する略半球形をなしており、バルブハウジング部１２の下流端には、排気管や排気触媒などの排気系を接続するための出口フランジ１５が一体形成されている。ウェイストゲートバルブ１０は、排気導入通路８とウェイストゲート出口流路１１とを連通するバイパス通路１６を選択的に開閉させるものであり、バイパス通路１６の下流側に位置するウェイストゲート出口流路１１に設けられている。すなわち、ウェイストゲート出口流路１１は、タービン出口通路１４とバイパス通路１６とを合流させる排気合流室をなし、且つウェイストゲートバルブ１０を収容するバルブ室をなしている。
【００３６】
図１に示されるように、排ガスによって駆動されたタービンホイール５の回転は、センタハウジング４に軸支されたベアリングシャフト１７を介してコンプレッサホイール１８に伝達される。コンプレッサハウジング３は、コンプレッサホイール１８を収容するコンプレッサ室１９を画定するコンプレッサハウジング部２０と、コンプレッサ室１９に軸線方向に連通する吸気導入通路２１を画定する吸気導入管部２２と、コンプレッサ室１９に接線方向に連通する吸気出口通路２３を画定する吸気出口管部２４とを一体形成した鋳造品である。コンプレッサホイール１８が回転することにより、コンプレッサハウジング３の吸気導入通路２１から導入された吸気が圧縮されて吸気出口通路２３からエンジンに供給される空気の過給が行われる。
【００３７】
タービンホイール５の回転を調節して過給を適切に行うために、ウェイストゲートバルブ１０は排気導入通路８からタービン室６に供給される排ガスの流量を加減する。すなわち、ウェイストゲートバルブ１０がバイパス通路１６の開度を調整して、ウェイストゲート出口流路１１を経由せずに排気導入通路８からウェイストゲート出口流路１１にバイパスする排ガス流量を調整することにより、タービンホイール５の回転が調節される。
【００３８】
ウェイストゲートバルブ１０は、バイパス通路１６に対して入口フランジ１３側に延在してバルブハウジング部１２に回動自在に支持された駆動シャフト２５によって、駆動シャフト２５の軸回りに揺動駆動される。駆動シャフト２５の駆動はアクチュエータ２６によって行われる。アクチュエータ２６は、高温になるタービンハウジング２からの熱を避けるためにコンプレッサハウジング３側に設けられ、駆動ロッド２７を押し引きして駆動シャフト２５の回動量を調節することでウェイストゲートバルブ１０の開度を調節する。
【００３９】
図２は図１に示されるタービンハウジング２を排気出口側から見た斜視図であり、図３は図１中のIII方向から見たタービンハウジング２の正面図である。図４は図３中のIV−IV断面図であり、図５は図３中のＶ−Ｖ断面図、図６は図３中のVI−VI断面図である。図２〜図６に示されるように、バルブハウジング部１２は、概ね円形断面を有する有底筒状をなしており、内部に形成されるウェイストゲート出口流路１１は略半球状をなしている。
【００４０】
図４〜図６に示されるように、バルブハウジング部１２は、ウェイストゲート出口流路１１とタービン室６及び排気導入通路８との間に設けられ、ウェイストゲート出口流路１１の底を画定する隔壁部３１を有している。隔壁部３１にはタービン出口通路１４及びバイパス通路１６が開口している。タービン出口通路１４及びバイパス通路１６は共に円形断面形状を有している。本実施形態では、タービン出口通路１４及びバイパス通路１６は互いに平行に形成されており、バイパス通路１６の直径はタービン出口通路１４よりも若干小さく設定されている。
【００４１】
また、バルブハウジング部１２は、ウェイストゲート出口流路１１の外周を画定するべく、隔壁部３１の外周縁から湾曲壁部３２を介して立ち上がるバルブ周壁部３３を有している。出口フランジ１５はバルブ周壁部３３の下流端にてバルブ周壁部３３に一体に設けられている。バルブ周壁部３３は、全周にわたって出口フランジ１５の内周面１５ａよりも外側にて湾曲面を介して出口フランジ１５に滑らかに連結している。言い換えれば、バルブ周壁部３３は全周にわたって下流側の出口フランジ１５に向けて内方にオーバーハングしている。これによりウェイストゲート出口流路１１は、出口（出口フランジ１５の内周部）の断面積よりも内部の断面積が大きな樽形状をなしている。
【００４２】
隔壁部３１には、バイパス通路１６の下流側開口を外囲するように隔壁部３１の内面にウェイストゲート出口流路１１に向けて突設された環状ボスからなるウェイストゲート弁座３４が一体に設けられている。ウェイストゲート弁座３４の座面３４ａは、環状をなしており、排ガスの漏洩を抑制するために平坦に加工されている。ウェイストゲート弁座３４は、下流側の突出端において概ね筒状をなす外周面３４ｂを有し、上流側の基部において外周面３４ｂと隔壁部３１の内面とを連結する環状湾曲面３４ｃを有している。
【００４３】
タービン出口通路１４の軸方向視（図４）において、タービン出口通路１４とバイパス通路１６とは、隔壁部３１の中心に対して互いに異なる方向にオフセットしている。具体的には、バイパス通路１６は、隔壁部３１の中心に対して排気導入管部９の中間部の側にオフセットしており、タービン出口通路１４は、隔壁部３１の中心に対して排気導入管部９の中間部から離れる側にオフセットしている。上記のようにタービン出口通路１４はタービン室６から軸線方向に沿って延出しており、バルブハウジング部１２はタービンハウジング部７に対して排気導入管部９の側にオフセットしている。そしてバルブハウジング部１２は、図５に示されるように、タービンハウジング部７の外周側に位置する排気導入管部９に対して外側に膨出するように設けられている。
【００４４】
図４に示されるように、ウェイストゲートバルブ１０の駆動シャフト２５は、バイパス通路１６に対して入口フランジ１３側、すなわち排気導入通路８の上流側に配置される。したがって、ウェイストゲートバルブ１０が駆動シャフト２５の軸回りに揺動駆動されてバイパス通路１６を開くと、排気導入通路８からバイパス通路１６を通過してウェイストゲート出口流路１１に流入する排ガスは、バイパス通路１６に対して排気導入通路８の下流側に多く流れる。
【００４５】
図４及び図５に示されるように、湾曲壁部３２のウェイストゲート弁座３４に隣接する部分には局部的に肉厚にされた肉厚部３５が設けられている。具体的には、肉厚部３５は、図６に併せて示されるように、湾曲壁部３２の他の部分及びバルブ周壁部３３に比べて肉厚に形成されている。なお、ここで言う湾曲壁部３２の他の部分とは、出口フランジ１５に形成されるねじ孔や他のボルト締結用のねじ孔を形成するためにバルブ周壁部３３や湾曲壁部３２に形成されたボス部を含まない一般部を指す。湾曲壁部３２の肉厚部３５以外の部分及びバルブ周壁部３３は、肉厚部３５よりも薄く、更に従来に比べても薄く形成されている。
【００４６】
図７〜図９は、従来と比較して示すタービンハウジング２の図４〜図６に相当する断面図である。図７〜図９には従来のタービンハウジング２の壁を想像線で示している。図７〜図９に示されるように、従来のタービンハウジング２では、湾曲壁部３２及びバルブ周壁部３３が概ね一定の厚さに形成されており、バルブ周壁部３３の周方向の少なくとも一部においてバルブ周壁部３３の内面が出口フランジ１５の内周面１５ａに直線状に連続していた。
【００４７】
これに対し、本実施形態では、バルブ周壁部３３の全周にわたってバルブ周壁部３３の内面が出口フランジ１５の内周面１５ａよりも外側に膨らむように凹んでいる。また、バルブ周壁部３３の外面は、バルブ周壁部３３の全周にわたって従来のタービンハウジング２の外輪郭よりも内側に位置している。このように本実施形態のタービンハウジング２では、湾曲壁部３２の肉厚部３５以外の部分及びバルブ周壁部３３の全体が従来に比べて薄くされ、肉厚部３５のみが従来に比べて厚くされている。
【００４８】
図４に示されるように、肉厚部３５は、ウェイストゲート弁座３４に対してタービン出口通路１４と相反する側に設けられている。また、肉厚部３５は、湾曲壁部３２においてウェイストゲート弁座３４に最も近い部分に対してウェイストゲートバルブ１０が開く側、すなわち排気導入通路８の下流側にオフセットしている。肉厚部３５の内面はウェイストゲート弁座３４の環状湾曲面３４ｃに連結している。
【００４９】
バイパス通路１６及びタービン出口通路１４を通る図５の断面図に示されるように、肉厚部３５の厚さはウェイストゲート弁座３４から出口フランジ１５に向けて漸減しており、肉厚部３５は急激な断面変化を生じずにバルブ周壁部３３に連続している。すなわち、肉厚部３５は、上流側で連結するウェイストゲート弁座３４の環状湾曲面３４ｃとの連結部において最も厚く、下流側ほど薄くなっている。肉厚部３５は、湾曲壁部３２の外面を膨らませるのではなく、湾曲壁部３２の内面を内側に張り出させることによって形成されている。そのため、肉厚部３５の内面の曲率半径Ｒｉは外面の曲率半径Ｒｏよりも大きくなっている。
【００５０】
図１０は図８中のＸ部の拡大図である。図９に示されるように、肉厚部３５の内面は、隔壁部３１の側に設けられた第１曲率半径ｒ１を有する上流側部分３６と、上流側部分３６の下流に連続し、第１曲率半径ｒ１の５倍以上の第２曲率半径ｒ２を有し、且つ上流側部分３６よりも５倍以上長い下流側部分３７とを有している。すなわち、下流側部分３７は肉厚部３５の内面の中間部を含む大部分をなしており、上流側部分３６に比べて直線的であるが、下流側部分３７を介してなだらかにウェイストゲート弁座３４の外周面３４ｂに連続している。肉厚部３５の内面の曲率半径Ｒｉはこの下流側部分３７の第２曲率半径ｒ２を指している。なお、下流側部分３７は直線或いは略直線であってもよく、曲率が変化或いは複数の異なる曲率を有する曲線の連続であってもよい。
【００５１】
以下、このように構成されたタービンハウジング２の作用効果を説明する。
【００５２】
湾曲壁部３２のウェイストゲート弁座３４に隣接する部分に局部的に肉厚にされた肉厚部３５が設けられ、湾曲壁部３２の肉厚部３５以外の部分及びバルブ周壁部３３が肉薄に形成されていることから、バルブハウジング部１２は全体として変形しやすく、応力が集中しにくい。その中においても、湾曲壁部３２のウェイストゲート弁座３４に隣接する部分には応力が集中しやすく、亀裂が発生しやすいが、この部分に肉厚部３５が設けられることで、当該部分における亀裂の発生が効果的に抑制される。また、タービンハウジング２に安価な材料を用いても、湾曲壁部３２の肉厚部３５以外の部分及びバルブ周壁部３３が薄肉に形成されることで、タービンハウジング２が軽量化されるうえ、バルブハウジング部１２における亀裂の発生及び進展が抑制される。
【００５３】
図４及び図７に示されるように、肉厚部３５はウェイストゲート弁座３４に対してタービン出口通路１４と相反する側、すなわちウェイストゲート弁座３４がバルブ周壁部３３に近づいたことで最も応力が集中する部分に肉厚部３５が設けられている。そのため、バルブハウジング部１２における亀裂の発生及び進展が効果的に抑制される。
【００５４】
図５及び図８に示されるように、バルブハウジング部１２の排気導入管部９に対して外側に膨出する部分は、内側では排ガスによって加熱される一方、外側では外気によって冷却されるため、内側が拘束されることによって圧縮ひずみが生じる。そして、圧縮ひずみが繰り返し生じることによって疲労亀裂が発生しやすい。本実施形態では、この部分に肉厚部３５が設けられることにより、バルブハウジング部１２における亀裂の発生及び進展が抑制される。
【００５５】
図１及び図４に示されるように、ウェイストゲートバルブ１０が開く側は排ガスが流れやすいことから高温になりやすく、亀裂が発生しやすい。本実施形態では、湾曲壁部３２のウェイストゲート弁座３４に最も近い部分に対して排ガスが流れる側に肉厚部３５がオフセットしているため、バルブハウジング部１２における亀裂の発生及び進展が効果的に抑制される。
【００５６】
図５及び図８に示されるように、肉厚部３５の厚さがウェイストゲート弁座３４から出口フランジ１５に向けて漸減しており、肉厚部３５からバルブ周壁部３３にかけて壁厚が徐々に変化する。そのため、断面変化による応力集中がなく、応力が分散される。これにより、肉厚部３５周辺での亀裂の発生及び進展が効果的に抑制される。
【００５７】
また、図１０に併せて示されるように、肉厚部３５の内面の曲率半径Ｒｉ（ｒ２）が外面の曲率半径Ｒｏよりも大きいことから、湾曲壁部３２の外面を膨らませることなく肉厚部３５を形成することができ、タービンハウジング２の大型化及び重量化が抑制される。
【００５８】
上記のように肉厚部３５の内面は、隔壁部３１の側に設けられた第１曲率半径ｒ１を有する上流側部分３６と、上流側部分３６の下流に連続し、第１曲率半径ｒ１の５倍以上の第２曲率半径ｒ２を有し且つ上流側部分３６よりも５倍以上長い下流側部分３７とを有している。そのため、肉厚部３５における応力集中が抑制され、且つ外面の膨出によるタービンハウジング２の大型化及び重量化が抑制される。
【００５９】
また、肉厚部３５の内面は、隔壁部３１の内面とウェイストゲート弁座３４の外周面３４ｂとを連結するウェイストゲート弁座３４の環状湾曲面３４ｃに連結しているため、応力集中が抑制されながら、バルブハウジング部１２の大径化によるタービンハウジング２の大型化及び重量化が抑制される。
【００６０】
なお、図４に太線で示されるように、ウェイストゲート弁座３４の環状湾曲面３４ｃと肉厚部３５の内面との連結部に、バイパス通路１６の軸線に対して接線方向に延在する溝３８が形成されてもよい。上記実施形態の構成により、バルブハウジング部１２の亀裂は抑制されるが、ウェイストゲート弁座３４の環状湾曲面３４ｃと肉厚部３５の内面との連結部には、成長しても外面に達することがない小さな亀裂が発生することがある。そのような場合、当該部分に予め溝３８が形成されることによって当該部分における亀裂の発生及び進展が抑制される。
【００６１】
この溝３８はバイパス通路１６の周方向に沿って湾曲しているとよい。溝３８がない場合に発生する亀裂はバイパス通路１６の周方向に沿って湾曲するが、バイパス通路１６の周方向に沿って溝３８が湾曲することにより、当該部分における亀裂の発生及び進展が効果的に抑制される。
【００６２】
また、この溝３８はウェイストゲート弁座３４の環状湾曲面３４ｃと肉厚部３５の内面との連結部を横断するように設けられているとよい。溝３８がない場合に発生する亀裂はウェイストゲート弁座３４の環状湾曲面３４ｃと肉厚部３５の内面との連結部に発生するが、この部分に発生する亀裂を含む長さを有するように溝３８が設けられることにより、当該部分における亀裂の発生及び進展が効果的に抑制される。
【００６３】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、材料など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１      過給機
２      タービンハウジング
５      タービンホイール
６      タービン室
７      タービンハウジング部
８      排気導入通路
９      排気導入管部
１０    ウェイストゲートバルブ
１１    ウェイストゲート出口流路
１２    バルブハウジング部
１３    入口フランジ
１４    タービン出口通路
１５    出口フランジ
１６    バイパス通路
２５    駆動シャフト
３１    隔壁部
３２    湾曲壁部
３３    バルブ周壁部
３４    ウェイストゲート弁座
３４ａ    座面
３４ｂ    外周面
３４ｃ    環状湾曲面
３５    肉厚部
３６    上流側部分
３７    下流側部分
３８    溝
Ｒｉ    内面の曲率半径
Ｒｏ    外面の曲率半径
ｒ１    第１曲率半径
ｒ２    第２曲率半径
【図１】
2020060139.tif 000003
【図２】
2020060139.tif 000004
【図３】
2020060139.tif 000005
【図４】
2020060139.tif 000006
【図５】
2020060139.tif 000007
【図６】
2020060139.tif 000008
【図７】
2020060139.tif 000009
【図８】
2020060139.tif 000010
【図９】
2020060139.tif 000011
【図１０】
2020060139.tif 000012