(57)【要約】タービンハウジングは、内側に渦状空間を形成する内壁を含む外側ハウジング部と、前記渦状空間のうち排ガスが流れるスクロール流路と、前記渦状空間のうち前記内壁側に位置する遮熱空間とを隔てるとともに、前記渦状空間内で前記内壁に対向するように設けられる第１遮熱コアと、軸方向において前記第１遮熱コアを挟んで前記外側ハウジング部とは反対側に設けられ、前記スクロール流路からインペラに向かう前記排ガスの流れを調整するための可変ノズルユニットと、前記軸方向において、前記第１遮熱コアと前記外側ハウジング部との間に設けられた少なくとも一つの環状シール部と、を備える。
2019064388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に渦状空間を形成する内壁を含む外側ハウジング部と、
前記渦状空間のうち排ガスが流れるスクロール流路と、前記渦状空間のうち前記内壁側に位置する遮熱空間とを隔てるとともに、前記渦状空間内で前記内壁に対向するように設けられる第１遮熱コアと、
軸方向において前記第１遮熱コアを挟んで前記外側ハウジング部とは反対側に設けられ、前記スクロール流路からインペラに向かう前記排ガスの流れを調整するための可変ノズルユニットと、
前記軸方向において、前記第１遮熱コアと前記外側ハウジング部との間に設けられた少なくとも一つの環状シール部と、
を備えるタービンハウジング。
【請求項２】
前記可変ノズルユニットは、
ノズルマウントと、
前記ノズルマウントからタービン出口側に離間して設けられるノズルプレートと、
前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートを連結して固定するノズルサポートと、
前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートの間において周方向に配列され前記排ガスの流れを調整する複数の可変ノズルと、
を含み、
前記ノズルプレートは、
前記ノズルマウントに対向する環状部と、
前記環状部の内周端から前記軸方向において前記外側ハウジング部に向かって突出する筒状部と、
を含み、
前記第１遮熱コアは、前記ノズルプレートの前記筒状部を取り囲む第１内側フランジ部を含み、
前記第１内側フランジ部は、前記環状シール部によって、径方向において少なくとも一部の領域が前記ノズルプレートの前記環状部に押し付けられるように構成された請求項１に記載のタービンハウジング。
【請求項３】
前記排ガスと接する前記ノズルマウントのガスパス面のうち、最外周部から径方向において少なくとも前記ノズルサポートより内側までの領域を覆う第２遮熱コアを備える請求項２に記載のタービンハウジング。
【請求項４】
前記ノズルマウントと前記第２遮熱コアとの間に設けられる断熱空間を備える請求項３に記載のタービンハウジング。
【請求項５】
前記第２遮熱コアは、前記ノズルサポートのかしめ部と前記ノズルマウントとの間に挟持されて固定されることを特徴とする請求項３又は４に記載のタービンハウジング。
【請求項６】
前記少なくとも一つの環状シール部は、軸方向に弾性変形可能なスプリングリングを含み、
前記可変ノズルユニットは、
ノズルマウントと、
前記ノズルマウントからタービン出口側に離間して設けられるノズルプレートと、
前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートを連結して固定するノズルサポートと、
前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートの間において周方向に配列され前記排ガスの流れを調整する複数の可変ノズルと、
を含み、
前記第１遮熱コアは、
前記第１遮熱コアの最外周部を形成するとともに、前記外側ハウジング部と前記ノズルマウントの外周部との間に挟持された状態で固定される第１外側フランジ部と、
前記第１遮熱コアの最内周部を形成するとともに、前記外側ハウジング部と前記ノズルプレートとの間において前記スプリングリングを介して弾性的に固定される第１内側フランジ部と、
を含む請求項１乃至５の何れか一項に記載のタービンハウジング。
【請求項７】
前記少なくとも一つの環状シール部は、径方向に弾性変形可能なスナップリングを含む請求項１乃至６の何れか一項に記載のタービンハウジング。
【請求項８】
前記外側ハウジング部は、タービン通過後の前記排ガスが流れるタービン出口流路を形成する出口壁部を含み、
前記出口壁部の内部には、冷媒が流れる冷却通路が設けられる請求項１乃至７の何れか一項に記載のタービンハウジング。
【請求項９】
前記冷媒は、コンプレッサで生じる圧縮空気を含む請求項８に記載のタービンハウジング。
【請求項１０】
前記外側ハウジング部は、タービン通過後の前記排ガスが流れるタービン出口流路を形成する出口壁部を含み、
前記出口壁部の内壁面に対向するように前記タービン出口流路内に設けられる第３遮熱コアを備える請求項１乃至９の何れか一項に記載のタービンハウジング。
【請求項１１】
前記第３遮熱コアは、前記可変ノズルユニットと前記外側ハウジング部の前記出口壁部との間の軸方向位置において径方向外側に向かって突出する第２フランジ部を有し、第２フランジ部の一部が折り曲げられて形成される屈曲部が、軸方向に弾性変形可能なように前記可変ノズルユニットと前記出口壁部との間に挟まれる請求項１０に記載のタービンハウジング。
【請求項１２】
内側に渦状空間を形成する内壁を含む外側ハウジング部と、
前記渦状空間のうち排ガスが流れるスクロール流路と、前記渦状空間のうち前記内壁側に位置する遮熱空間とを隔てるとともに、前記渦状空間内で前記内壁に対向するように設けられる第１遮熱コアと、
軸方向において前記第１遮熱コアを挟んで前記外側ハウジング部とは反対側に設けられ、前記スクロール流路からインペラに向かう前記排ガスの流れを調整するための可変ノズルユニットと、を備えるタービンハウジングであって、
前記第１遮熱コアは、前記外側ハウジング部又は前記可変ノズルユニットの少なくとも一方に接触する第１内側フランジ部を含み、
前記第１内側フランジ部は、前記タービンハウジングに組み付けられた状態で、前記外側ハウジング部側又は前記可変ノズルユニット側に押し付けられるよう弾性変形可能に構成されるタービンハウジング。
【請求項１３】
前記第１内側フランジ部は、前記第１内側フランジ部の一部が折り曲げられて形成される屈曲部を含み、前記屈曲部は軸方向に弾性変形可能なように前記可変ノズルユニットと前記外側ハウジング部との間に挟まれる請求項１２に記載のタービンハウジング。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載のタービンハウジングと、前記タービンハウジングの前記スクロール流路を介して導かれる前記排ガスによって回転するように構成されるインペラと、を含むタービンと、
前記タービンによって駆動されるコンプレッサと、
を備える過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、タービンハウジング及び過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、舶用、自動車用当の内燃機関では、その排気エネルギーを利用してタービンホイールを回転させ、タービンホイールと同軸上に設けられるコンプレッサホイールを回転させることで、内燃機関の吸気圧力を高めて内燃機関の出力を増大させる過給機が知られている。このような過給機の効率を向上させるために、従来、タービンハウジングに導入される排ガスのタービンハウジング外部への放熱を抑制する構造について、種々の検討がなされてきた。【０００３】
特許文献１には、排ガスの外部への放熱を抑制するために、排ガスをタービンインペラへ導くスクロール流路を、板金シェルで覆われる熱絶縁コアを有する熱絶縁層によって形成し、これにより断熱化を図る構造が開示されている。
特許文献２には、タービンハウジングへの熱を遮断して排ガスの熱エネルギーの損失を抑制するために、タービンハウジング内に遮熱プレートを配置したターボチャージャが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６０６０３１５号公報
【特許文献２】特許第５８８０４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、排ガスのタービンハウジング外部への放熱を抑制できても、タービンインペラを介さずに漏れ出てしまう排ガスがあると、タービンの効率が低下してしまう。【０００６】
そこで、本発明の少なくとも一つの実施形態の目的は、上記の事情に鑑みて、タービンハウジングに導入された排ガスの放熱を抑制しながら高いシール性によりタービンの効率を向上可能な過給機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の幾つかの実施形態に係るタービンハウジングは、
内側に渦状空間を形成する内壁を含む外側ハウジング部と、
前記渦状空間のうち排ガスが流れるスクロール流路と、前記渦状空間のうち前記内壁側に位置する遮熱空間とを隔てるとともに、前記渦状空間内で前記内壁に対向するように設けられる第１遮熱コアと、
軸方向において前記第１遮熱コアを挟んで前記外側ハウジング部とは反対側に設けられ、前記スクロール流路からインペラに向かう前記排ガスの流れを調整するための可変ノズルユニットと、
前記軸方向において、前記第１遮熱コアと前記外側ハウジング部との間に設けられた少なくとも一つの環状シール部と、
を備える。【０００８】
上記（１）の構成によれば、第１遮熱コアと外側ハウジング部との間に設けられる環状シール部によって、スクロール空間からタービンインペラを介さずに外部へ漏れ出る排ガスの量を低減できる。ここで、環状シール部が第１遮熱コアと外側ハウジング部との間の遮熱空間内に設けられることによって、環状シール部が排ガスに直接さらされることがなく、環状シール部の劣化が抑制され、高いシール性を維持でき、タービンの効率を向上できる。【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記可変ノズルユニットは、
ノズルマウントと、
前記ノズルマウントからタービン出口側に離間して設けられるノズルプレートと、
前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートを連結して固定するノズルサポートと、
前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートの間において周方向に配列され前記排ガスの流れを調整する複数の可変ノズルと、
を含み、
前記ノズルプレートは、
前記ノズルマウントに対向する環状部と、
前記環状部の内周端から前記軸方向において前記外側ハウジング部に向かって突出する筒状部と、
を含み、
前記第１遮熱コアは、前記ノズルプレートの前記筒状部を取り囲む第１内側フランジ部を含み、
前記第１内側フランジ部は、前記環状シール部によって、径方向において少なくとも一部の領域が前記ノズルプレートの前記環状部に押し付けられるように構成される。【００１０】
上記（２）の構成によれば、第１遮熱コアの第１内側フランジ部とノズルプレートの環状部とが径方向の少なくとも一部の領域で実質的に密着し、この領域で第１内側フランジ部と環状部との隙間を介した排ガスのリークを抑制できる。これにより、タービンインペラを介さずに外部へ漏れ出る排ガスの量をより一層低減でき、優れたシール性を実現できる。【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記タービンハウジングは、
前記排ガスと接する前記ノズルマウントのガスパス面のうち、最外周部から径方向において少なくとも前記ノズルサポートより内側までの領域を覆う第２遮熱コアを備える。【００１２】
典型的なターボチャージャにおいて、スクロール流路からタービンインペラに向かう排ガスの流れはノズルサポートより内周側の領域において絞られて排ガスの流速が増加する。このため、ノズルサポートより内周側の領域では、熱伝達率が比較的高い傾向があり、この領域における排ガスの熱損失を低減することが望ましい。
この点、上記（３）の構成によれば、ノズルサポートより内周側の領域までを第２遮熱コアで覆うことで、ノズルマウントを介して外部へ逃げる熱を効果的に減少させ、タービンの効率を向上することができる。また、ガスパス面の少なくとも一部が排ガスの熱から遮断されることでノズルマウント自体が低温となり、熱応力が低減し、ノズルマウントの疲労寿命を向上できる。【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記タービンハウジングは、
前記ノズルマウントと前記第２遮熱コアとの間に設けられる断熱空間を備える。【００１４】
上記（４）の構成によれば、ノズルマウントと第２遮熱コアとの間に断熱空間を設けることによって、ノズルマウントへ伝達する排ガスの熱を一層低減でき、上記（３）で述べたような断熱効果を効果的に高めることが出来る。【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）の構成において、
前記第２遮熱コアは、前記ノズルサポートのかしめ部と前記ノズルマウントとの間に挟持されて固定されることを特徴とする。【００１６】
上記（５）の構成によれば、かしめ部によって第２遮熱コアとノズルマウントとを一緒に挟み込むように固定することで、ノズルマウントにノズルサポートを固定するためのかしめ部を第２遮熱コアの固定のためにも利用することができる。こうした簡単な構造により、ノズルマウントのガスパス面を覆うように第２遮熱コアを設置することが可能となる。【００１７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の何れか一つの構成において、
前記少なくとも一つの環状シール部は、軸方向に弾性変形可能なスプリングリングを含み、
前記可変ノズルユニットは、
ノズルマウントと、
前記ノズルマウントからタービン出口側に離間して設けられるノズルプレートと、
前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートを連結して固定するノズルサポートと、
前記ノズルマウント及び前記ノズルプレートの間において周方向に配列され前記排ガスの流れを調整する複数の可変ノズルと、
を含み、
前記第１遮熱コアは、
前記第１遮熱コアの最外周部を形成するとともに、前記外側ハウジング部と前記ノズルマウントの外周部との間に挟持された状態で固定される第１外側フランジ部と、
前記第１遮熱コアの最内周部を形成するとともに、前記外側ハウジング部と前記ノズルプレートとの間において前記スプリングリングを介して弾性的に固定される第１内側フランジ部と、
を含む。【００１８】
上記（６）の構成では、第１遮熱コアの最外周部（第１外側フランジ部）を外側ハウジング部とノズルマウントの外周部との間に挟持する一方、第１遮熱コアの最内周部（第１内側フランジ部）を前記スプリングリングを介して弾性的に固定するようになっている。このため、排ガスからの入熱に起因した第１遮熱コアの熱変形をスプリングリングによりある程度許容し、第１遮熱コアに発生する熱応力を低減することができる。したがって、第１遮熱コアの耐久性を向上できる。【００１９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の何れか一つの構成において、
前記少なくとも一つの環状シール部は、径方向に弾性変形可能なスナップリングを含む。【００２０】
上記（７）の構成によれば、第１遮熱コアと軸方向に延在する部材との間に径方向の隙間が生じる場合であっても、環状シール部が径方向に弾性変形することで、隙間を減少できる。したがって、タービンインペラを介さずに外部へ漏れ出る排ガスの量を低減でき、タービンの効率を向上できる。【００２１】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の何れか一つの構成において、
前記外側ハウジング部は、タービン通過後の前記排ガスが流れるタービン出口流路を形成する出口壁部を含み、
前記出口壁部の内部には、冷媒が流れる冷却通路が設けられる。【００２２】
上記（１）で述べたように渦状空間に第１遮熱コアを設けることで、外側ハウジングのうち渦状空間を形成する部位は高温化を抑制可能である。一方、外側ハウジングの出口壁部は、後述の第３遮熱コアを設ける等の特段の工夫をしない場合、タービンインペラを通過した後の排ガスに直接曝される結果、高温となる傾向がある。この場合、外側ハウジングの出口壁部の比較的高い温度に合わせて外側ハウジングの材料を選定する必要があり、外側ハウジングの材料選定の自由度が低い。
上記（８）の構成によれば、タービン出口流路において、出口壁部の内部に冷却通路が設けられるため、上記（１）の第１遮熱コアを採用と相まって、外側ハウジングの温度を全体的に低減できる。よって、外側ハウジングの材料として高級材を採用しなくとも強度を向上でき、製造コストを削減可能である。【００２３】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記冷媒は、コンプレッサで生じる圧縮空気を含む。【００２４】
上記（９）の構成によれば、別途冷媒を用意することなく外側ハウジング部の出口壁部を冷却できるため、コストを削減できる。【００２５】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（９）の何れか一つの構成において、
前記タービンハウジングは、
前記外側ハウジング部は、タービン通過後の前記排ガスが流れるタービン出口流路を形成する出口壁部を含み、
前記出口壁部の内壁面に対向するように前記タービン出口流路内に設けられる第３遮熱コアを備える。【００２６】
上記（１０）の構成によれば、第３遮熱コアによって、タービン出口壁部が排ガスに直接さらされることがなく、排ガスの熱がタービン出口壁部に伝達するのを抑制できる。したがって、上記（１）の第１遮熱コアを採用と相まって、外側ハウジングの温度を全体的に低減可能となり、外側ハウジングの材料として高級材を採用しなくとも強度を向上でき、製造コストを削減可能である。【００２７】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の構成において、
前記第３遮熱コアは、前記可変ノズルユニットと前記外側ハウジング部の前記出口壁部との間の軸方向位置において径方向外側に向かって突出する第２フランジ部を有し、第２フランジ部の一部が折り曲げられて形成される屈曲部が、軸方向に弾性変形可能なように前記可変ノズルユニットと前記出口壁部との間に挟まれる。【００２８】
上記（１１）の構成によれば、第２フランジ部の屈曲部が可変ノズルユニットと出口壁部との間に挟まれることで、スクロール流路からタービンインペラを介さずに出口流路へ漏れ出る排ガスの量を低減できる。したがって、タービンの効率を向上することができる。また、第３遮熱コアの屈曲部は弾性変形可能に可変ノズルユニットと出口壁部との間に挟まれ、第２フランジ部が強固に拘束されていないので、第３遮熱コアの熱変形を屈曲部の弾性変形によりある程度吸収し、第３遮熱コアの熱応力を低減できる。【００２９】
（１２）本発明の幾つかの実施形態に係るタービンハウジングは、
内側に渦状空間を形成する内壁を含む外側ハウジング部と、
前記渦状空間のうち排ガスが流れるスクロール流路と、前記渦状空間のうち前記内壁側に位置する遮熱空間とを隔てるとともに、前記渦状空間内で前記内壁に対向するように設けられる第１遮熱コアと、
軸方向において前記第１遮熱コアを挟んで前記外側ハウジング部とは反対側に設けられ、前記スクロール流路からインペラに向かう前記排ガスの流れを調整するための可変ノズルユニットと、を備えるタービンハウジングであって、
前記第１遮熱コアは、前記外側ハウジング部又は前記可変ノズルユニットの少なくとも一方に接触する第１内側フランジ部を含み、
前記第１内側フランジ部は、前記タービンハウジングに組み付けられた状態で、前記外側ハウジング部側又は前記可変ノズルユニット側に押し付けられるよう弾性変形可能に構成される。【００３０】
上記（１２）の構成は、上述した課題（排ガスの放熱抑制とシール性改善によるタービン効率の向上）とは異なり、第１遮熱コアの熱応力を低減するという課題を解決するためのものである。
即ち、上記（１２）の構成によれば、第１遮熱コアの第１内側フランジ部は、外側ハウジング部側又は可変ノズルユニット側に押し付けられるように弾性変形可能であり、第１内側フランジ部が強固に拘束されていないので、第１遮熱コアの熱変形を第１内側フランジ部の弾性変形によりある程度吸収し、第１遮熱コアの熱応力を低減できる。
なお、上記（１２）の構成は、上記（１）〜（１１）において上述した各種構成と組み合わせて併用することができる。例えば、上記（１２）の構成において、少なくとも一つの環状シール部を１遮熱コアと外側ハウジング部との間に設けてもよい。これにより、より強固なシール性を実現することができる。【００３１】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の構成において、
前記第１内側フランジ部は、前記第１内側フランジ部の一部が折り曲げられて形成される屈曲部を含み、前記屈曲部は軸方向に弾性変形可能なように前記可変ノズルユニットと前記外側ハウジング部との間に挟まれる。【００３２】
上記（１３）の構成によれば、第１遮熱コアの第１内側フランジ部に設けられた屈曲部の弾性変形によって、第１遮熱コアの熱変形を効果的に吸収し、第１遮熱コアに発生する熱応力を低減することができる。したがって、他の部材を別途用いることなく、簡単な構成によって第１遮熱コアの耐久性を向上できる。【００３３】
（１４）本発明の幾つかの実施形態に係る過給機は、
上記（１）〜（１３）の何れか一つに記載のタービンハウジングと、前記タービンハウジングの前記スクロール流路を介して導かれる前記排ガスによって回転するように構成されるインペラと、を含むタービンと、
前記タービンによって駆動されるコンプレッサと、
を備える。【００３４】
上記（１４）の構成によれば、上記（１）で述べたように、第１遮熱コアと外側ハウジング部との間に環状シール部を設ける場合、スクロール空間からタービンインペラを介さずに外部へ漏れ出る排ガスの量を低減できる。ここで、環状シール部が第１遮熱コアと外側ハウジング部との間の遮熱空間内に設けられることによって、環状シール部が排ガスに直接さらされることがなく、環状シール部の劣化が抑制され、高いシール性を維持でき、タービンの効率を向上できる。
あるいは、上記（１２）で述べたように、第１遮熱コアの第１内側フランジ部を、外側ハウジング部側又は可変ノズルユニット側に押し付けられるように弾性変形可能に構成する場合、第１内側フランジ部が強固に拘束されていないので、第１遮熱コアの熱変形を第１内側フランジ部の弾性変形によりある程度吸収し、第１遮熱コアの熱応力を低減できる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、タービンハウジングに導入された排ガスの放熱を抑制しながら高いシール性によりタービンの効率を高めるとともに、量産性を向上可能なタービンハウジング及びこれを備えた過給機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】幾つかの実施形態に係るタービンハウジングが適用される過給機の全体構成を表す模式的な断面図である。
【図２】図１に示す過給機の分解図である。
【図３】変形例を示すための環状シール部付近の拡大図である。
【図４】幾つかの実施形態に係る第１遮熱コアの形状を表す図である。
【図５】幾つかの実施形態に係る第１遮熱コアの変形例を示す図である。
【図６】幾つかの実施形態に係る第１遮熱コアの他の変形例を示す図である。
【図７】幾つかの実施形態に係る外側ハウジング部の温度分布とタービン出口流路の冷却構造を示す図である。
【図８】幾つかの実施形態に係るタービン出口流路の構成を示す図である。
【図９】幾つかの実施形態に係る第３遮熱コアの変形例を示す図である。
【図１０】幾つかの実施形態に係る第３遮熱コアの変形例を示す図である。
【図１１】幾つかの実施形態に係る第３遮熱コアの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３８】
（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、幾つかの実施形態に係るタービンハウジングが適用される過給機の全体構成について説明する。図１は、一実施形態に係る過給機の模式的な断面図である。図２は、図１に示す過給機の分解図である。
【００３９】
幾つかの実施形態に係るタービンハウジング１０が適用される過給機１００は、回転軸を介してタービンインペラ（不図示）に連結されるコンプレッサインペラ（不図示）を回転させることにより、圧縮空気を生成して内燃機関へ供給する。このような過給機１００は、図１及び図２に示すように、タービンインペラを内部に収容するタービンハウジング１０と、タービンインペラの回転軸５０を回転可能に支持するベアリング（不図示）を収容するベアリングハウジング３０とを備える。タービンハウジング１０とベアリングハウジング３０は、締結具（不図示）によって連結される。シールリング４０は、タービンハウジング１０及びベアリングハウジング３０の双方に当接した状態で設けられる。
【００４０】
ここで、シールリング４０は、周方向に沿って環状に形成されるとともに、断面が屈曲しＣ字状に形成される部材である。このシールリング４０は、軸方向に沿って弾性変形可能であり、ベアリングハウジング３０がタービンハウジング１０に締結される際に、軸方向に沿って圧縮されることにより復元力を持つ。この復元力によって、タービンハウジング１０とベアリングハウジング３０との間には、周方向に沿ったシール領域が形成される。
【００４１】
タービンハウジング１０は、外側ハウジング部１１を備え、外側ハウジング部１１に含まれる内壁１３によって内側に渦状空間１５が形成される。渦状空間１５は、第１遮熱コア２１によって、流入する排ガスが流れるスクロール流路１７と断熱空間１９とに隔てられる。この断熱空間１９は、スクロール流路１７を流れる排ガスの熱が、第１遮熱コア２１から外側ハウジング部１１を介して外部へ逃げるのを抑制する。このように、第１遮熱コア２１を設けることによって、排ガスがタービンインペラに導入される前に排ガスの熱エネルギーの損失を抑制でき、タービンの効率向上が望める。
なお、断熱空間１９には、不図示の断熱材を設けてもよい。
【００４２】
次に、可変ノズルユニット６０に係る幾つかの実施形態について説明する。タービンハウジング１０に設けられる可変ノズルユニット６０は、外側ハウジング部１１の排ガス入口部（不図示）からスクロール流路１７へ流入した排ガスをタービンインペラへ導くための機構である。また、ノズル開度の調整によってタービンインペラに導入する排ガスの流量を調整することにより、タービンインペラの回転数を適切に制御する機能を担う。シールリング４２は、可変ノズルユニット６０と外側ハウジング部１１の間を遮蔽するためのものである。
図２に示すように、タービンハウジング１０を組み立てる際には、外側ハウジング部１１に対して、シールリング４２、環状シール部２３、第１遮熱コア２１、可変ノズルユニット６０をこの順に設置する。
【００４３】
可変ノズルユニット６０の構造について、引き続き図１を参照しながら説明する。図１に示すように、可変ノズルユニット６０は、ベアリングハウジング３０側に設けられるノズルマウント６１と、ノズルマウント６１からタービン出口流路８０側に離間して設けられるノズルプレート６３を含む。ノズルプレート６３は、ノズルマウント６１に対向する環状部７１と、環状部７１の内周端から軸方向において外側ハウジング部１１に向かって突出する筒状部７３とを有する。ノズルマウント６１とノズルプレート６３は、周方向に所定の間隔で設けられるノズルサポート６５によって、連結して固定される。ノズルマウント６１には、ノズルプレート６３に対向する側において周方向に複数配列される可変ノズル（不図示）が設けられる。可変ノズルの開閉の作動は、ノズルマウント６１より軸方向にてベアリングハウジング３０側に設けられるベーン作動リンク機構（不図示）によって行われる。
【００４４】
幾つかの実施形態では、タービンハウジング１０は、排ガスと接するノズルマウント６１のガスパス面６７のうち、最外周部から径方向において少なくともノズルサポート６５より内側までの領域を覆う第２遮熱コア６２を備える。
ここで、ノズルマウント６１のガスパス面６７とは、ノズルマウント６１の外表面のうち、スクロール流路１７を含む排ガス流路に面する部位をいう。また、ノズルサポート６５より内側とは、周方向に所定間隔で設けられる複数のノズルサポート６５が作る円の直径（ノズルサポートＰＣＤ）よりも内周側を意味する。
【００４５】
典型的な過給機において、スクロール流路１７からタービンインペラに向かう排ガスの流れはノズルサポートＰＣＤより内周側の領域において絞られて排ガスの流速が増加する。このため、ノズルサポートＰＣＤより内周側の領域では、熱伝達率が比較的高い傾向があり、この領域における排ガスの熱損失を低減することが望ましい。
この点、本実施形態によれば、ノズルサポートＰＣＤより内周側の領域までを第２遮熱コア６２で覆うことで、ノズルマウント６１を介して外部へ逃げる熱を効果的に減少させ、タービンの効率を向上することができる。また、ガスパス面６７の少なくとも一部が排ガスの熱から遮断されることでノズルマウント６１自体が低温となり、熱応力が低減し、ノズルマウント６１の疲労寿命を向上できる。一方で、ノズルマウント６１が低温となることで、ノズルマウント６１より軸方向にてベアリングハウジング３０側に設けられるベーン作動リンク機構の高温化を抑制でき、可変ノズルの作動性を向上することもできる。
【００４６】
一実施形態では、ノズルマウント６１のガスパス面６７の全面を第２遮熱コア６２で覆ってもよい。
【００４７】
幾つかの実施形態では、ノズルマウント６１と第２遮熱コア６２との間に断熱空間６９が設けられる。なお、断熱空間６９には、不図示の断熱材を設けてもよい。
【００４８】
本実施形態によれば、ノズルマウント６１と第２遮熱コア６２との間に断熱空間６９（又は断熱空間６９に収容される断熱材）を設けることによって、ノズルマウント６１へ伝達する排ガスの熱を一層低減でき、上記で述べたような断熱効果を効果的に高めることが出来る。
【００４９】
幾つかの実施形態では、第２遮熱コア６２は、ノズルサポート６５のかしめ部６４とノズルマウント６１との間に挟持されて固定される。
【００５０】
本実施形態によれば、かしめ部６４によって第２遮熱コア６２とノズルマウント６１とを一緒に挟み込むように固定することで、ノズルマウント６１にノズルサポート６５を固定するためのかしめ部６４を第２遮熱コア６２の固定のためにも利用することができる。こうした簡単な構造により、ノズルマウント６１のガスパス面６７を覆うように第２遮熱コア６２を設置することが可能となる。
【００５１】
次に、外側ハウジング部１１とノズルプレート６３の間のシール構造について説明する。
幾つかの実施形態では、図１に示すように、軸方向において第１遮熱コア２１と外側ハウジング部１１との間に、少なくとも一つの環状シール部２３が設けられる。
【００５２】
本実施形態によれば、第１遮熱コア２１と外側ハウジング部１１との間に設けられる環状シール部２３によって、スクロール流路１７からタービンインペラを介さずに外部へ漏れ出る排ガスの量を低減できる。ここで、環状シール部２３が第１遮熱コア２１と外側ハウジング部１１との間の遮熱空間１９内に設けられることによって、環状シール部２３が排ガスに直接さらされることがなく、環状シール部２３の劣化が抑制され、高いシール性を維持でき、タービンの効率を向上できる。
なお、図１では、第１遮熱コア２１の内周側に環状シール部２３が設けられる一例を示しているが、本発明はこれに限るものではない。例えば、少なくとも一つの環状シール部２３は、第１遮熱コア２１の外周側の部位と外側ハウジング部１１との間に設けられてもよい。
【００５３】
また、幾つかの実施形態では、第１遮熱コア２１の第１内側フランジ部２５は、環状シール部２３によって、径方向において少なくとも一部の領域がノズルプレート６３の環状部７１に押し付けられるように構成される。
【００５４】
本実施形態によれば、第１遮熱コア２１の第１内側フランジ部２５とノズルプレート６３の環状部７１とが径方向の少なくとも一部の領域で実質的に密着し、この領域で第１内側フランジ部２５と環状部７１との隙間を介した排ガスのリークを抑制できる。これにより、タービンインペラを介さずに外部へ漏れ出る排ガスの量をより一層低減でき、優れたシール性を実現できる。
【００５５】
幾つかの実施形態では、少なくとも一つの環状シール部２３は軸方向に弾性変形可能なスプリングリング２７を含む。図１における一例では、スプリングリング２７は断面がＣ字状に屈曲した形状を成している。また、第１遮熱コア２１は、第１遮熱コア２１の最外周部を形成する第１外側フランジ部２９が外側ハウジング部１１とノズルマウント６１との間に挟持された状態で固定され、第１遮熱コア２１の最内周部を形成する第１内側フランジ部２５が外側ハウジング部１１とノズルプレート６３との間においてスプリングリング２７を介して弾性的に固定される。
【００５６】
本実施形態によれば、第１遮熱コア２１第１外側フランジ部２９を外側ハウジング部１１とノズルマウント６１の外周部との間に挟持する一方、スプリングリング２７を介して第１遮熱コア２１の第１内側フランジ部２５を弾性的に固定するようになっている。このため、排ガスからの入熱に起因した第１遮熱コア２１の熱変形をスプリングリング２７によりある程度許容し、第１遮熱コア２１に発生する熱応力を低減することができる。したがって、第１遮熱コア２１の耐久性を向上できる。
【００５７】
図３は、本第１実施形態に関する変形例を示すための環状シール部２３付近の拡大図である。図３に示す変形例では、少なくとも一つの環状シール部２３は、径方向に弾性変形可能なスナップリング２８を含む。ここで、スナップリング２８は、軸方向から見た断面が円環の一部を切り欠いたＣ字状を成しており、縮径方向の復元力を持つ部材である。つまり、図３においてスナップリング２８は、ノズルプレート６３の筒状部７３に抱き着くようにして固定される。
【００５８】
本実施形態によれば、第１遮熱コア２１と軸方向に延在する部材との間に径方向の隙間が生じる場合であっても、環状シール部２３が径方向に弾性変形することで、隙間を減少できる。したがって、タービンインペラを介さずに外部へ漏れ出る排ガスの量を低減でき、タービンの効率を向上できる。
【００５９】
また、スナップリング２８を用いて第１内側フランジ部２５の端部をノズルプレート６３の環状部７１に実質的に密着させることで、第１遮熱コア２１をスナップリング２８とノズルプレート６３との間に挟むように固定できる。これにより、タービンの組み立てに際して予め第１遮熱コア２１とノズルプレート６３とを一体化しておくことができ、図２に示すように第１遮熱コア２１とノズルプレート６３とを別々に組付ける必要がなくなる。この結果、タービンの組み立てが容易となる。
【００６０】
このようなスナップリング２８を用いて第１遮熱コア２１をノズルプレート６３に固定したとしても、溶接による固定のような完全拘束ではなく、接触による支持であるため、第１遮熱コア２１は、スナップリング２８とノズルプレート６３との間に挟まれていながらも、排ガスからの入熱に起因した変形は許容される。このため、第１遮熱コア２１に発生する熱応力を低減することができ、第１遮熱コア２１の耐久性を向上できる。
【００６１】
図３に示す例では、スプリングリング２７及びスナップリング２８を用いて第１遮熱コア２１の第１内側フランジ部２５における排ガスのシールを行っているが、どちらか一方でシールが実現できる場合、スプリングリング２７又はスナップリング２８を単独で用いてもよい。
【００６２】
なお、図１及び図３は、スクロール流路１７に排ガスが流れない常温時の状態を表している。図１及び図３に示すように、常温時において、第１内側フランジ部２５の内周側端部とノズルプレート６３の筒状部７３の外周側面との間には、隙間Ｄが形成されている。常温時にこの隙間Ｄを設けることにより、スクロール流路１７に排ガスが流れる運転時に第１遮熱コア２１が熱膨張した場合に、第１内側フランジ部２５の内周側端部と筒状部７３の外周側面との接触を抑制できる。
【００６３】
（第２実施形態）
以降で説明する第２実施形態は、上記までに説明した第１実施形態によって解決される課題（排ガスの放熱抑制とシール性改善によるタービン効率の向上）とは異なり、第１遮熱コア２１の熱応力を低減するという課題を解決するためのものである。第２実施形態に関して、図４〜図６を参照しながら説明する。図４は、幾つかの実施形態に係る第１遮熱コア２１の形状を表す図である。図５は、幾つかの実施形態に係る第１遮熱コア２１の変形例を示す図である。図６は、幾つかの実施形態に係る第１遮熱コア２１の他の変形例を示す図である。
【００６４】
本実施形態では、図４及び図５に示すように、第１遮熱コア２１の第１内側フランジ部２５は、タービンハウジング１０に組み付けられた状態で、外側ハウジング部１１側又は可変ノズルユニット６０側に押し付けられるよう弾性変形可能に構成される。図４の例では、第１遮熱コア２１は、第１外側フランジ部２９が外側ハウジング部１１とノズルマウント６１との間に挟持され、第１内側フランジ部２５がノズルプレート６３の環状部７１に押し付けられるようにして設けられる。
【００６５】
図４の場合、第１内側フランジ部２５は組み付け前の自然状態において、図４中の破線で示した形状を成しており、軸方向においてノズルプレート６３からノズルマウント６１に向かう方向に沿って延びている。第１遮熱コア２１及び可変ノズルユニット６０をタービンハウジング１０に組み付ける際に、第１内側フランジ部２５を、軸方向においてタービン出口側に向って押し上げるように変形させノズルプレート６３の環状部７１と当接するように設置する。組み付け後における第１フランジ部の端部３２の軸方向位置は、組み付け前の自然状態からδだけ変位し、組み付け後の第１内側フランジ部２５は環状部７１に押し付けられる方向にδ分の復元力Ｆを持つ。
【００６６】
図５に示す変形例では、第１内側フランジ部２５が外側ハウジング部１１側に押し付けられるように構成される実施形態を示している。本実施形態では、組み付け前の自然状態において、第１内側フランジ部２５は、図５中の破線部で示したように、軸方向においてタービン出口側に向って屈曲した形状を成している。組み付けの際には、破線部を軸方向においてノズルプレート６３の環状部７１側に向って押し下げて変形させ、外側ハウジング部１１に当接するように設置される。このため、第１内側フランジ部２５は、外側ハウジング部１１に押し付けられる方向にδ分の復元力Ｆを持つ。
【００６７】
以上のような実施形態によれば、第１遮熱コア２１の第１内側フランジ部２５は、外側ハウジング部１１側又は可変ノズルユニット６０側に押し付けられるように弾性変形可能であり、第１内側フランジ部２５が強固に拘束されていないので、第１遮熱コア２１の熱変形を第１内側フランジ部２５の弾性変形によりある程度吸収し、第１遮熱コア２１の熱応力を低減できる。
なお、図４に示す例では、第１内側フランジ部２５は可変ノズルユニット６０側に押し付けられるため、スクロール流路１７中の排ガスをシールすることもできる。このため、タービンを介さずに漏れ出る排ガス量を低減でき、タービンの効率を向上できる。一方で、図５に示す例のように、第１内側フランジ部２５が外側ハウジング部１１側に押し付けられる形態を採用する場合、排ガスのリークを抑制するために環状シール部３４を併用することが望ましい。
【００６８】
図６に示す実施形態では、第１内側フランジ部２５は、第１内側フランジ部２５の一部が折り曲げられて形成される屈曲部３６を含み、屈曲部３６は軸方向に弾性変形可能なように可変ノズルユニット６０と外側ハウジング部１１との間に挟まれる。本実施形態では、破線部で示された組み付け前の自然状態における屈曲部３６を、組み付けの際に軸方向に潰れるように変形させ、ノズルプレート６３の環状部７１と外側ハウジング部１１との間に挟んで設置される。
【００６９】
本実施形態によれば、第１遮熱コア２１の第１内側フランジ部２５に設けられた屈曲部３６の弾性変形によって、第１遮熱コア２１の熱変形を効果的に吸収し、第１遮熱コア２１に発生する熱応力を低減することができる。したがって、他の部材を別途用いることなく、簡単な構成によって第１遮熱コア２１の耐久性を向上できる。また、本実施形態では、屈曲部３６がノズルプレート６３の環状部７１と外側ハウジング部１１との間に挟まれるため、図４に例示する実施形態と同様に、スクロール流路１７からの排ガスのリークを抑制することもできる。
【００７０】
第１遮熱コア２１はスクロール流路１７中の排ガスからの入熱により、変形する傾向にある。このため、上記の各実施形態において、復元力Ｆを持たせた第１内側フランジ部２５が熱変形の影響により自然状態に戻るのを抑制するために、自然状態からの変位量δは、熱変形量よりも大きくすることが望ましい。
【００７１】
また、図４〜図６の例を含む第２実施形態は、第１実施形態で説明した各種構成と組み合わせて併用することができる。例えば、図４に例示される構成において、少なくとも一つの環状シール部２３を第１遮熱コア２１と外側ハウジング部１１との間に設けてもよい。これにより、より強固なシール性を実現することができる。
【００７２】
（タービン出口流路の冷却構造）
以下では、タービン出口流路におけるタービンハウジング１０の冷却構造に関する幾つかの実施形態について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、幾つかの実施形態に係る外側ハウジング部１１の温度分布とタービン出口流路８０の冷却構造を示す図である。図８は幾つかの実施形態に係るタービン出口流路の構成を示す図である。
なお、以降で述べる各実施形態は、上記の第１実施形態及び第２実施形態の両方に適用可能である。
【００７３】
図７に示すように、外側ハウジング部１１の温度分布は、第１遮熱コア２１が設けられる箇所では、断熱空間１９が形成されることによりスクロール流路１７中の排ガスの放熱が抑制されるため、比較的低温である。一方で、タービンインペラを通過した後の排ガスが通る出口壁部８２においては、特段の対策がなされない場合、排ガスに直接曝される結果、高温となる傾向がある。この場合、外側ハウジング部１１の材料は、出口壁部８２での比較的高温の条件に合わせて選定する必要があり、外側ハウジング部１１の材料選定の自由度が低い。
【００７４】
そこで、幾つかの実施形態では、図７に示すように、外側ハウジング部１１の出口壁部８２の内部には、冷媒が流れる冷却通路８４が設けられる。
【００７５】
本実施形態によれば、タービン出口流路８０において、出口壁部８２の内部に冷却通路８４が設けられるため、第１遮熱コア２１の採用と相まって、外側ハウジング部１１の温度を全体的に低減できる。よって、外側ハウジング部１１の材料として高級材を採用しなくとも強度を向上でき、製造コストを削減可能である。
【００７６】
一実施形態では、冷媒は、コンプレッサで生じる圧縮空気を含む。これにより、別途冷媒を用意することなく外側ハウジング部１１の出口壁部８２を冷却できるため、コストを削減できる。
【００７７】
幾つかの実施形態では、図８に示すように、出口壁部８２の内壁面８６に対向するようにタービン出口流路８０内に設けられる第３遮熱コア８３を備える。
【００７８】
本実施形態によれば、第３遮熱コア８３によって、タービン出口壁部８２が排ガスに直接さらされることがなく、排ガスの熱がタービン出口壁部８２に伝達するのを抑制できる。したがって、第１遮熱コア２１の採用と相まって、外側ハウジング部１１の温度を全体的に低減可能となり、外側ハウジング部１１の材料として高級材を採用しなくとも強度を向上でき、製造コストを削減可能である。
【００７９】
一実施形態では、図８に例示されるように、第３遮熱コア８３は、可変ノズルユニット６０と外側ハウジング部１１の出口壁部８２との間の軸方向位置において径方向外側に向かって突出する第２フランジ部８８を有し、第２フランジ部８８の一部が折り曲げられて形成される屈曲部８９が、軸方向に弾性変形可能なように可変ノズルユニット６０と出口壁部８２との間に挟まれる。図８の例では、屈曲部は、断面がＣ字状を成すように折り曲げられ、組み付け前の自然状態（図８破線部）を、組み付け時に第１内側フランジ部２５と環状部７１とで軸方向に圧縮することにより形成される。
【００８０】
本実施形態によれば、第２フランジ部８８の屈曲部８９が可変ノズルユニット６０と出口壁部８２との間に挟まれ、自然状態への復元力を持つことで、スクロール流路１７からタービンインペラを介さずに出口流路８０へ漏れ出る排ガスの量を低減できる。したがって、タービンの効率を向上することができる。また、第３遮熱コア８３の屈曲部８９は弾性変形可能に可変ノズルユニット６０と出口壁部８２との間に挟まれ、第２フランジ部８８が強固に拘束されていないので、第３遮熱コア８３の熱変形を屈曲部８９の弾性変形によりある程度吸収し、第３遮熱コア８３の熱応力を低減できる。なお、屈曲部８９の形態は図８の例示に限らず、例えば図９〜図１１に示すような形態を採用してもよい。
【００８１】
図９〜図１１は、それぞれ、幾つかの実施形態に係る第３遮熱コア８３の変形例を示す図である。
図９に示される変形例では、屈曲部８９は、軸方向位置において出口壁部８２と第１遮熱コア２１の第１内側フランジ部２５との間に挟まれる。このような構成によれば、上記の効果に加えて、第３遮熱コア８３の屈曲部８９が直接排ガスに晒されるのを抑制し、第３遮熱コア８３の耐久性を向上できる。
【００８２】
図１０に示される変形例では、第２フランジ部８８がくの字状に折り返されることによって屈曲部８９が形成される。この場合、第２フランジ部８８は、ノズルプレート６３の環状部７１と当接する折り返し部９１より外周側が、軸方向においてタービン出口流路８０側へ折り返される。また、折り返し部９１より外周側は、組み付け前の自然状態（図１０破線部）から組み付け時に軸方向のノズルマウント６１側に向って押し下げるようにして設置される。これにより、第１遮熱コア２１の第１内側フランジ部２５と当接する第２フランジ部８８の外周側端部９３によって、第１内側フランジ部２５は出口壁部８２に押し付けられる。
本実施形態によれば、屈曲部８９は、折り返し部９１よりも外周側の領域において、折り返し部９１を支点として軸方向に弾性変形が可能となる。このため、第３遮熱コア８３の熱応力を低減でいる。また、組み付け後の復元力によって、外側ハウジング部１１とノズルプレート６３の間においてスクロール流路１７をシールできる。これにより、スクロール流路１７からの排ガスのリークを抑制することができる。
【００８３】
図１１に示される変形例では、第２フランジ部８８が、折り曲げ部９５より外周側が軸方向にタービン出口流路８０側へ折り曲げられることによって、屈曲部８９を形成する。また、折り曲げ部９５より外周側は、組み付け前の自然状態（図１１破線部）から軸方向タービン出口流路８０側に向って押し上げるように組み付けて設置される。これにより、第１遮熱コア２１の第１内側フランジ部２５と当接する第２フランジ部８８の外周側端部９３によって、第１内側フランジ部２５は環状部７１に押し付けられる。
本実施形態によれば、屈曲部８９は、折り曲げ部９５より外周側の領域において軸方向に弾性変形可能となる。このため、第３遮熱コア８３の熱応力を低減でいる。また、組み付け後の復元力によって第１内側フランジ部２５が環状部７１に押し付けられることで、外側ハウジング部１１とノズルプレート６３の間においてスクロール流路１７をシールできる。これにより、スクロール流路１７からの排ガスのリークを抑制することができる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００８５】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００８６】
１０    タービンハウジング
１１    外側ハウジング部
１３    内壁
１５    渦状空間
１７    スクロール流路
１９    断熱空間
２１    第１遮熱コア
２３    環状シール部
２５    第１内側フランジ部
２７    スプリングリング
２８    スナップリング
２９    第１外側フランジ部
３０    ベアリングハウジング
４０    シールリング
５０    回転軸
６０    可変ノズルユニット
６１    ノズルマウント
６２    第２遮熱コア
６３    ノズルプレート
６４    かしめ部
６５    ノズルサポート
６７    ガスパス面
６９    断熱空間
７１    環状部
７３    筒状部
８０    タービン出口流路
８２    出口壁部
８３    第３遮熱コア
８４    冷却通路
８８    第２フランジ部
１００  過給機
【図１】
2019064388.tif 000003
【図２】
2019064388.tif 000004
【図３】
2019064388.tif 000005
【図４】
2019064388.tif 000006
【図５】
2019064388.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019064388.tif 000009
【図８】
2019064388.tif 000010
【図９】
2019064388.tif 000011
【図１０】
2019064388.tif 000012
【図１１】
2019064388.tif 000013
【国際調査報告】
2019064388.tif 000014
2019064388.tif 000015
2019064388.tif 000016
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