(57)【要約】【課題】タービンハウジングの遮蔽性及び熱応答性を高めることを目的とする。【解決手段】タービンハウジング１４内に排気ガス流Ｇの旋回流を形成する渦巻状のスクロール部１６と、前記タービンハウジング１４内に収容され排ガス流Ｇにより回転するタービンホイール１５と、前記タービンハウジング１４の内周部を形成するシュラウド部１８と、該シュラウド部１８を構成するとともにタービンホイール１５の動翼外周縁部に微小のクリアランスＣを隔てて接近して設けられる板状の受熱体３１と、該受熱体３１の背面部にスクロール部１６内の前記排気ガス流Ｇを導入して受熱体３１を背面部から加熱する排気ガス導入部３２とからなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンハウジング内に排気ガス流の旋回流を形成する渦巻状のスクロール部と、前記タービンハウジング内に収容され排ガス流により回転するタービンホイールと、前記タービンハウジングの内周部を形成するシュラウド部と、該シュラウド部を構成するとともにタービンホイールの動翼外周縁部に微小のクリアランスを隔てて接近して設けられる板状の受熱体と、該受熱体の背面部に前記スクロール部内の前記排気ガス流を導入して受熱体を背面部から加熱する排気ガス流導入部とを備えたことを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記受熱体が筒形状を有し排気ガス流の下流端部をタービンハウジングの内周部に固着し上流端部が拡縮自在に変形するように構成されたことを特徴とする請求項１記載のターボチャージャ。
【請求項３】
前記スクロール部の周縁部に周方向に補強部を有すること特徴とする請求項１記載のターボチャージャ。
【請求項４】
前記補強部が断面が波状に湾曲した凹凸部により構成されたことを特徴とする請求項３記載のターボチャージャ。
【請求項５】
前記タービンハウジングが溶接接合されるように前記スクロール部とシュラウド部と分割され、シュラウド部の端部をスクロール部内側に露出させて前記受熱体を形成するように、スクロール部の接合下端部をシュラウド部の外周部に接合したことを特徴とする請求項１記載のターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタービンハウジング内に排気ガスを旋回させてタービンホイールを回転させるターボチャージャに関し、特にタービンハウジングの遮蔽性および熱応答性を高めることができるターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の内燃機関等に用いられる排気ターボチャージャにおいては燃焼室から排気された排気ガス流をタービンハウジングのスクロール部で渦巻き状に旋回させた後、そのガス流によりタービンハウジングに収容されるタービンホイールを回転させてタービンホールの下流側に排出させている。従って、排気ガス流によりタービンハウジングおよびその内部に収容されるタービンホイールは高温に加熱されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５２４３９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５３６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、タービンハウジングは一般に鋳造により厚肉に形成されており、厚肉に設定することにより、タービンハウジングの剛性が高められ、損傷した内部部品が外部に飛び出すことを防止する遮蔽性（コンテイメント性）が確保されている。
一方、厚肉のタービンハウジングを採用することにより、タービンハウジングの熱容量がその内部で回転するタービンホイールの熱容量より大きいことがあり、タービンホイールの動翼部の外周端縁部に微小なクリアランス（チップクリアランス）を隔てて接近するシュラウド部がタービンホイールより遅れて熱変形することになる。
具体的には高温の排気ガス流がタービンハウジング内を通過することにより、タービンホイールもその外側のシュラウド部も外側に広がろうとする熱変形を起こすことになる。
一般に、タービンホイールの動翼部の板厚が１〜２ミリ単位の部品で構成されるのに対し、タービンハウジングの内周部を形成するシュラウド部は１０ミリ以上の肉厚を有しており、シュラウド部の熱容量がタービンホイールの熱容量よりも大きくなる。従って、高温の排気ガス流がタービンハウジング内を通過することにより、熱容量の小さいタービンホイールが熱容量の大きいシュラウド部より先に温度上昇して外側に広がろうとする熱変形を起こし、予め適切に設定された初期リアランスが狭くなり、接触リスクが高くなることが予想される。
【０００５】
今後、エンジンの高出力化、高応答性への対応に、排気ガス温度が８５０℃から１０００℃まで上昇するため熱変形や破損リスクが高まる。熱変形や破損リスクの対応が急務となっている。また、ターボチャージャの性能要求に伴いアクセルを踏んだ後速やかにターボが起動することが求められており、ターボの起動が短時間で行われることによる過渡的な熱変形や破損リスクが高まる。従って、タービンハウジングには遮蔽性を確保しつつ早い熱応答性が求められている。
【０００６】
また、タービンハウジングの薄肉化のために特許文献２のように互いに空間部を隔てた二重壁構造を採用することはタービンハウジングの重量化、構造の複雑化を招く問題があった。
そこで、本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、タービンンハウジングの遮蔽性及び熱応答性に優れたターボチャージャを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明はタービンハウジング内に排気ガス流の旋回流を形成する渦巻状のスクロール部と、前記タービンハウジング内に収容され排気ガス流により回転するタービンホイールと、前記タービンハウジングの内周部を形成するシュラウド部と、該シュラウド部を構成するとともにタービンホイールの動翼外周縁部に微小のクリアランスを隔てて接近して設けられる板状の受熱体と、該受熱体の背面部に前記スクロール部内の前記排気ガス流を導入して受熱体を背面部から加熱する排気ガス流導入部とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、板状の受熱体のタービンホイール側の面部が排気ガス流により加熱されると共に、背面部側も排気ガス流導入部に導入された排気ガス流により加熱されることにより、大きな受熱面積を得ることができる。従って、シュラウド部の温度上昇が早まり、シュラウド部の熱応答を早めることができる。さらに、ターボ起動時にタービンホイールがタービンハウジングに近づき、初期クリアランス以上に近づいて接触することを防止できる。
【０００８】
本発明において好ましくは前記受熱体は筒形状を有し排気ガス流の下流端部をタービンハウジングの内周部に固着し上流端部が拡縮自在に変形するように構成するとよい。
この構成によれば、タービンホイールが外側に熱変形を起こしても筒形状の受熱体が外側に熱変形して逃げるため、タービンホイールがシュラウド部に近づき難くなり、接触リスクを未然に回避できる。
【０００９】
本発明において好ましくは前記スクロール部の周縁部に周方向に補強部を有するとよい。
この構成によれば、補強部によりスクロール部の剛性が高められ、薄肉のタービンハウジングでも高い遮蔽性を得ることができる。
【００１０】
本発明において好ましくは前記補強部が断面が波状に湾曲した凹凸部により構成するとよい。
この構成によれば、波状に湾曲した凹凸部によりスクロール部の剛性を高めることができると共に、波状に湾曲した凹凸部であってもスクロール部の鋳造成型時にこれと一体成型することにより簡単に形成できる。
【００１１】
本発明において好ましくはタービンハウジングが溶接接合されるべく前記スクロール部とシュラウド部とに分割され、シュラウド部の端部をスクロール部内側に露出させて前記受熱体が形成されるように、スクロール部の接合下端部をシュラウド部の外周部に接合するとよい。
この構成によれば、スクロール部とシュラウド部との接合時にこれと同時に受熱体を形成でき、組み立て性が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、タービンハウジングを薄肉化してもタービンハウジングの遮蔽性と熱応答性とを同時に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のターボチャージャを示した断面図である。
【図２】図１の要部を示す拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図４】図３の要部を示す拡大図である。
【図５】タービンハウジングの温度特性を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るターボチャージャの実施形態について詳細に説明する。
ただし、こ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特定の記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明にすぎない。
【００１５】
（第1実施形態）
図１に示すように、本発明に係るターボチャージャ１１にあってはコンプレッサハウジング１２が設けられ、このハウジング１２内には給気のためのコンプレッサインペラ１３が回転自在に収容されている。また、ターボチャージャ１１の給気側にはタービンハウジング１４が設けられていると共に、タービンハウジング１４内に排気ガス流Ｇにより回転するタービンホイール１５が回転中心線Ｋを中心に回転自在に支持されて収容されている。
【００１６】
図２に示すように、タービンハウジング１４には排気ガス流Ｇを旋回させて旋回流を形成するためのスクロール部１６が形成されると共に内周部にはタービンホイール１５の外周縁部１７を覆うようにしてシュラウド部１８が形成されている。従って、エンジンの燃焼室から排気された排気ガス流Ｇがスクロール部１６内で旋回されて、タービンホイール１５を回転させることにより、シュラウド部１８を含むタービンハウジング１４及びタービンホイール１５は高温に温度上昇することになる。
【００１７】
特に、本発明にあっては薄肉のシュラウド部１８が形成されと共に、このシュラウド部１８にはシェラウド１８を構成する板状の受熱体３１が設けられる。この受熱体３１はタービンホイール１５の動翼部１７の外周縁部に微小のリアランス（チップクリアランス）Ｃを隔てて設けられる。また、受熱体３１の背面部にはスクロール部１６内の排気ガス流Ｇを引き込んで導入する排気ガス流導入部３２が形成される。具体的には受熱体３１の背面部に十分な排気ガス流Ｇが引き込まれて導入されるようにスクロール部１６内に大きく開放された排気ガス流導入部３２が形成されている。
【００１８】
このようにシュラウド部１８に板状の受熱体３１が設けられることにより、排気ガス流Ｇの排気ガス熱により受熱体３１が加熱昇温され、シュラウド部１８の温度上昇が早められることになる。従って、排気ガス流Ｇによりタービンホイール１５が加熱されて熱変形したときにその外側にシュラウド部１８が直ちに外側に広がるように熱変形することになり、タービンホイール１５の動翼部１７の外周縁部が異常接近してクリアランスＣが狭くなることを回避できる。
【００１９】
特に、受熱体３１のタービンホイール１５側の側面が排気ガスＧにより加熱されると共に、図中矢印で示すように排気ガス導入部３２に導入された排気ガス流Ｇの排気ガス熱により受熱体３１の背面側にも加熱されることにより、受熱体３１の両面部がシュラウド部１８を外側に熱変形させるための受熱面となる。従って、受熱体３１に背面部の受熱面が加わることにより、シュラウド部１８を速やかに加熱昇温させるための大きな受熱面積を得ることができ、シュラウド部１８の熱応答性を高めることができる。
【００２０】
（第２実施形態）
図３及び図４は第２実施形態を示すものである。図示するように、タービンハウジング１４の内周部にはタービンホイール１５を覆うように排気ガス流Ｇの排気通路を形成するガイド部３５が形成され、ガイド部３５にはタービンホイール１５の動翼部１７の外周縁部に微小なクリアランスＣを隔てて接近してシュラウド部を構成する板状の受熱体４１が形成されると共に、その受熱体４１の背面部に排気ガス流Ｇを導入する排気流ガス導入部４２が形成される。
【００２１】
図４に示すように、受熱体４１はタービンホイール１５の変形を許容すべくステンレス等の薄肉の筒体形状を有し、その排気ガス流Ｇの下流側端部がガイド部３５に固着され、上流端部が拡縮自在に変形するように構成されている。従って、排気ガス流Ｇにより、図中矢印で示すように受熱体４１のタービンハウジング１４側の側面が加熱されると共に、排気ガス流導入部４２から導入される排気ガス流Ｇにより受熱体４１の背面部も同時に加熱されることになる。両面部が加熱されることにより、受熱体４１は固着部４３を支点に径方向外側に直ちに熱変形を起こし、これに近づこうとするタービンホイール１５の熱変形に対して外側に逃げようとする熱変形となり、タービンホイール１５の動翼部１７の外周端縁部との接触を有効に回避できる。
【００２２】
万一、タービンホイール１５が大きな熱変形や急激な熱変形により受熱体４１に多少接触しても受熱体４１が薄い板材により形成されており、固着部４３を支点に弾性変形する受熱体４１がタービンホイール１５の熱変形を吸収することができる。従って、タービンホイール１５の動翼部１７と受熱体４１との間に微小なクリアランス（チップクリアランス）Ｃを予め形成し、タービンホイール１５の動翼部１７の外周縁部とタービンハウジング１４のガイド部３５との間には受熱体４１の熱変形を許容するためにクリアランスＣよりも広いクリアランスＨを形成することになる。
【００２３】
図５は縦軸に温度、横軸に時間をとり、タービンハウジングの従来例と本発明との熱応答特性を比較したものを示す。図示する如く、タービンホイール１５の温度上昇（太い波線）に対し、従来のタービンハウジングの温度上昇（細い波線）よりも本発明のタービンハウジング１５の温度上昇（実線）はタービンホイールの温度上昇の近くに移動していることが解析結果として得られた。即ち、受熱体３１，４１の両面部が排気ガス流Ｇにより同時に加熱されるために高い熱応答性が得られたことを示す。
【００２４】
（第３実施形態）
また、図６に示すように、スクロール部１６の周縁部に形成されたフラット部５１には剛性を高めるために補強部５２が形成される。この補強部５２は互いに所定の離間距離を隔ててフラット部５１の外周部に沿って周方向に取り付けられた２本のビード５３により構成されている。このようにフラット部５１にビード５３を形成したことによりスクロール部１６の剛性が高められ、板金製の薄肉のタービンハウジング１４を採用しても高い遮蔽性を得ることができる。
【００２５】
（第４実施形態）
図７はスクロール部１６の周縁部のフラット部５１に補強部５２の他の実施形態として凹凸部５４を周方向に形成したものである。図示するように、断面が交互に互い違いに湾曲されて波形に形成された凹凸部５４が形成される。波状に形成された凹凸部５４によりスクロール部１６の剛性を高めることができる。また、凹凸部５４のように交互に互い違いに湾曲するような複雑な形状であってもタービンハウジング１４を鋳造成型するときにスクロール部１６と共に一体的に形成することにより簡単に形成できる。
【００２６】
（第５実施形態）
図６及び図７のシュラウド部１８及びスクロール部１６が鋳造により一体成型されて形成されるのに対し、図８はシュラウド部１８とスクロール部１６とを切り離して互いに別箇独立して成形し、これらを互いに突き合わせて溶接接合したものである。
図示する如く、タービンハウジング１４がシュラウド部１８とスクロール部１６とに分割されると共に、シュラウド部１８の端縁部をスクロール部１６内に露出させた状態で受熱体３１及び排気ガス導入部３２が形成されるように、スクロール部１６のフランジ形の接合下端部６１をシュラウド部１８の外周部に溶接接合したものである。従って、溶接接合と同時に受熱体３１を形成することができ、組立性を向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
排気ガス流によるタービンハウジングの温度上昇や熱変形に対応することができるターボチャージャに用いられるとよい。
【符号の説明】
【００２８】
１４    タービンハウジング
１５    タービンホイール
１６    スクロール部
１７    動翼外縁部
１８    シュラウド部
３１、４１    受熱体
３２、４２    排気ガス流導入部
５３    補強部
５４  凹凸部
Ｃ    微小クリアランス
Ｇ    排気ガス流
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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