(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンホイールの回転軸を回転可能に支持するベアリングハウジングに連結されるタービンハウジングであって、
周壁部と底面部とを有する有底筒状に形成されるとともに該周壁部の先端に前記回転軸に直交する径方向に突出するフランジ部が形成され、該有底筒状の内部に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たスクロール部と、
前記フランジ部に一端面が当接した状態で配置され、該フランジ部と溶接された平板状の環状蓋部と、
前記環状蓋部の他端面の内周側に溶接される基端部から前記回転軸方向の前記ベアリングハウジング側に配置される先端部に向けて延在し、弾性変形可能な部材で構成される環状シール部と、
前記環状蓋部の前記他端面の外周側の複数箇所にそれぞれ溶接され、前記回転軸方向に沿って挿入される締結具が締結される締結穴を有する複数の連結部とを備え、
前記環状シール部が、前記締結具の座面を介して前記ベアリングハウジングが前記環状蓋部に向けて押し付けられることにより、該ベアリングハウジングの外周面に前記先端部が接触して弾性変形し、前記回転軸回りの全周にシール領域を形成するタービンハウジング。
【請求項２】
前記スクロール部と前記環状蓋部と前記環状シール部とが、それぞれ１枚の板金を加工することにより形成されている請求項１に記載のタービンハウジング。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンから導か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、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するターボチャージャが知られている。近年、ターボチャージャの軽量化や低熱容量化が要求されており、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を使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】
ターボチャージャのタービンハウジングとベアリングハウジングとの接触部は、ボルト等で接合されている。この接触部の接触面には、タービンハウジングの内部から排ガスを外部に漏らさないようにするためのシール領域を形成するのが望ましい。
特許文献１では、タービンハウジングの連結部とベアリングハウジングとが、タービンホイールの回転軸回りの周方向の複数箇所でボルトにより接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１４１３８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたボルトによる接合では、タービンハウジングとベアリングハウジングとの接触部において、タービンホイールの回転軸回りの全周に渡るシール領域を形成することができず、ボルトの近傍領域に比べてその他の領域のシール性能が低くなってしまうという問題がある。【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、タービンハウジングとベアリングハウジングとの接触部のシール性能を高めたタービンハウジング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】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明に係るタービンハウジングは、タービンホイールの回転軸を回転可能に支持するベアリングハウジングに連結されるタービンハウジングであって、周壁部と底面部とを有する有底筒状に形成されるとともに該周壁部の先端に前記回転軸に直交する径方向に突出するフランジ部が形成され、該有底筒状の内部に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たスクロール部と、前記フランジ部に一端面が当接した状態で配置され、該フランジ部と溶接された平板状の環状蓋部と、前記環状蓋部の他端面の内周側に溶接される基端部から該基端部より前記径方向の外側に配置される先端部に向けて延在し、弾性変形可能な部材で構成される環状シール部と、前記環状蓋部の前記他端面の外周側の複数箇所にそれぞれ溶接され、前記回転軸方向に沿って挿入される締結具が締結される締結穴を有する複数の連結部とを備え、前記環状シール部が、前記締結具の座面を介して前記ベアリングハウジングが前記環状蓋部に向けて押し付けられることにより、該ベアリングハウジングの外周面に前記先端部が接触して弾性変形し、前記回転軸回りの全周に延在するシール領域を形成する。【０００８】
本発明に係るタービンハウジングによれば、連結部の締結穴に締結具を締結することにより、締結具の座面を介してベアリングハウジングが環状蓋部の他端面に向けて押し付けられる。ベアリングハウジングが環状蓋部に向けて押し付けられて環状シール部の先端部に接触すると、環状シール部が弾性変形する。弾性変形した環状シール部は、その先端部をベアリングハウジングの外周面に押し付ける方向の復元力を発生し、ベアリングハウジングの外周面との間に回転軸回りの全周に延在するシール領域を形成する。
このようにすることで、タービンハウジングとベアリングハウジングとの接触部のシール性能を高めたタービンハウジングを提供することができる。【０００９】
本発明の第１態様のタービンハウジングによれば、前記スクロール部と前記環状蓋部と前記環状シール部とが、それぞれ１枚の板金を加工することにより形成されている。
このようにすることで、軽量化および低熱容量化がなされたタービンハウジングを提供することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、タービンハウジングとベアリングハウジングとの接触部のシール性能を高めた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】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るターボチャージャを示す斜視図である。
【図２】図１に示すタービンハウジングの分解斜視図である。
【図３】図１に示すタービンハウジングの正面図である。
【図４】図１に示すターボチャージャの側面図である。
【図５】図４に示すターボチャージャの断面図である。
【図６】図５に示すターボチャージャの部分拡大図であり、ベアリングハウジングがタービンハウジングに連結される前の状態を示す図である。
【図７】図５に示すターボチャージャの部分拡大図であり、ベアリングハウジングがタービンハウジングに連結された状態を示す図である。
【図８】ターボチャージャの第１変形例を示す部分拡大図である。
【図９】ターボチャージャの第２変形例を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の第一実施形態のターボチャージャについて、図面を参照して説明する。
本実施形態のターボチャージャ１００は、例えば、可変ノズル機構３を備えたＶＧ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）ターボチャージャである。ＶＧターボチャージャは、タービンハウジング１の内部に可変ノズル機構３を備えている。可変ノズル機構３は、ノズル開度の調整によって導入する排ガスの流量を調整することにより、タービンホイールの回転数を適切に調整するものである。
【００１３】
図１および図２に示すように、本実施形態のタービンハウジング１は、スクロール部２と、環状蓋部６と、環状シール部４と、複数のネジブッシュ１６（連結部）とにより構成されている。図１に示すように、タービンハウジング１は、タービンホイール（不図示）を回転可能に支持するベアリングハウジング３０に連結されている。図１の符号７は、タービンホイールの回転軸が延在する方向を示している（以下、この方向を回転軸７という。）。
タービンハウジング１とベアリングハウジング３０とが連結されて構成されるターボチャージャ１００の内部には、可変ノズル機構３とタービンホイールが配置されている。
【００１４】
スクロール部２は、図２に示すように、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。図３および図５に示すように、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。また、底面部２２には、渦状に形成された排ガス流路２Ａに囲まれた位置に排ガス流出口２Ｂが貫通している。
【００１５】
図５に示すように、この渦状の排ガス流路２Ａの底面２２ａは、底面部２２の背面側に凸設した形状となっている。また、排ガス流路２Ａの流路断面積は、図２等に示す排ガス流入口２４から排ガス流出口２Ｂに向けて徐々に浅くなるように形成されている。これにより、底面部２２の背面側は凹凸形状に形成され、排ガス流出口２Ｂが貫通した底面２２ｂと底面部２２の背面側に凸設した底面２２ａとが形成される。
また、図５に示すように、スクロール部２の周壁部２０の先端には、回転軸７に直交する径方向に突出するフランジ部２０ａが形成されている。
【００１６】
また、図２に示すように、排ガス流路２Ａの上流端には排ガス流入口２４が形成されている。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接合されている。エンジン側フランジ部１０には締結穴１０ｂが形成されており、排気管（不図示）とボルトによって締結される。
【００１７】
エンジン側フランジ部１０によって排気管が締結されたターボチャージャ１００の排ガス流入口２４には、エンジンから排出された高温の排ガスがエンジン側フランジ部１０の開口１０ａを介して流入する。排ガス流入口２４から流入した排ガスは、スクロール部２の内部に配置されるタービンホイールを回転させる動力として用いられた後に、排ガス流出口２Ｂから排気部８の一端部８ａに流入して他端部８ｂから排出される。
【００１８】
環状蓋部６は、図５に示すように、フランジ部２０ａに一端面が当接した状態で配置される平板状の部材である。環状蓋部６の径方向の周縁部と、フランジ部２０ａの径方向の周縁部とは、回転軸７回りの全周に渡って溶接によって接合されている。したがって、排ガス流路２Ａ内の排ガスは、フランジ部２０ａと環状蓋部６の一端面が当接した位置から外部に漏れないようになっている。
【００１９】
環状シール部４は、図６および図７に示すように、基端部４ａから先端部４ｂに向けて延在する環状の部材であり、弾性変形可能な金属部材で構成されている。図６および図７に示すように、基端部４ａは、環状蓋部６に対して、環状蓋部６の他端面（フランジ部２０ａとの接触面とは異なる面）の径方向の内周側に溶接されている。図６および図７に示すように、先端部４ｂは、基端部４ａよりも径方向の外側に配置されている。
【００２０】
ネジブッシュ１６（連結部）は、図５から図７に示すように、環状蓋部６の他端面（フランジ部２０ａとの接触面とは異なる面）の外周側に溶接されている。図２から図４に示すように、ネジブッシュ１６は、環状蓋部６の周方向の複数箇所にそれぞれ溶接される。図５および図７に示すように、ネジブッシュ１６には、ボルト４０と座金４１から構成される締結具が回転軸７に沿って挿入されて連結されるようになっている。
【００２１】
図３において、符号２０ｂは、渦状に形成された排ガス流路２Ａの巻き終わり部を構成する舌部を示している。図３においては、複数のネジブッシュ１６が周方向に略均等に配置されているが、舌部２０ｂの近傍において、より近接した間隔でネジブッシュ１６を配置するようにしてもよい。このようにすることで、熱影響による変形の可能性が高い舌部２０ｂの近傍における排ガスの漏れをより確実に防止することができる。
【００２２】
ボルト４０の外周面には雄ネジ部が形成され、ネジブッシュ１６の締結穴１６ｂの内周面には雌ネジ部が形成されている。ボルト４０の雄ネジ部は、ボルト４０を回転させることにより、ネジブッシュ１６の雌ネジ部に締結される。
【００２３】
図７に示すように、ボルト４０を回転させてネジブッシュ１６の締結穴１６ｂに締結させていくと、ボルト４０の頭部４０ａと座金４１の上面が接触する。そして、座金４１が回転軸７に沿ってネジブッシュ１６側に押し付けられることにより、座金の下面の径方向の外周側がネジブッシュ１６の外側端面１６ａに接触した状態で固定される。
【００２４】
また同様に、図７に示すように、ボルト４０を回転させてネジブッシュ１６の締結穴１６ｂに締結させていくと、座金４１が回転軸７に沿ってネジブッシュ１６側に押し付けられることにより、座金４１の下面の径方向の内周側がベアリングハウジング３０の外周面３０ｂに接触した状態で固定される。この際に、座金４１と環状蓋部６との間に、ベアリングハウジング３０の周縁部と可変ノズル機構３の周縁部とが挟まれた状態で保持される。座金４１と環状蓋部６との間に、ベアリングハウジング３０の周縁部と可変ノズル機構３の周縁部とが挟まれることにより、ベアリングハウジング３０と可変ノズル機構３の回転軸７方向の位置がそれぞれ固定された状態となる。
【００２５】
図６および図７に示すように、環状シール部４の先端部４ｂは、締結具４２の座金４１の座面を介してベアリングハウジング３０のフランジ部３０ａが環状蓋部６に向けて押し付けられることにより、ベアリングハウジング３０の外周面３０ｃに接触する。これにより、環状シール部４は、図６に示す状態から図７に示す状態に弾性変形する。
【００２６】
環状シール部４は、図７に示す弾性変形した状態になると、先端部４ｂをベアリングハウジング３０の外周面３０ｃに押し付ける方向の復元力を発生する。これにより、環状シール部４の先端部４ｂとベアリングハウジング３０の外周面３０ｃとの間に回転軸７回りの全周に延在するシール領域が形成される。
【００２７】
図６および図７に示すように、環状シール部４は、基端部４ａよりも先端部４ｂが径方向の外側に配置されるため、先端部４ｂがベアリングハウジング３０の外周面３０ｃに押し付ける復元力が、回転軸７に沿ってベアリングハウジング３０に向けた回転軸方向の成分と、回転軸７に直交する径方向に沿って回転軸７の中心に向けた径方向の成分とを有することとなる。復元力が径方向の成分を有することにより、ベアリングハウジング３０には、その周方向の全周に延在するシール領域から回転軸７の中心に向けて移動させる復元力が与えられる。これにより、ベアリングハウジング３０が芯ずれしないように調整される。
【００２８】
タービンハウジング１を構成するスクロール部２と環状蓋部６と環状シール部４とは、それぞれ１枚の薄板の板金を加工することにより形成される。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，環状蓋部６，環状シール部４の材質としては、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。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態のタービンハウジング１によれば、ネジブッシュ１６（連結部）の締結穴１６ｂにボルト４０を締結することにより、座金４１の座面を介してベアリングハウジング３０が環状蓋部６の他端面に向けて押し付けられる。ベアリングハウジング３０が環状蓋部６に向けて押し付けられて環状シール部４の先端部４ｂに接触すると、環状シール部４が弾性変形する。弾性変形した環状シール部４は、その先端部４ｂをベアリングハウジング３０の外周面３０ｃに押し付ける方向の復元力を発生し、ベアリングハウジング３０の外周面３０ｃとの間に回転軸７回りの全周に延在するシール領域を形成する。
このようにすることで、タービンハウジング１とベアリングハウジング３０との接触部のシール性能を高めたタービンハウジング１を提供することができる。
【００３０】
また、本実施形態のタービンハウジング１によれば、スクロール部２と環状蓋部６と環状シール部４とが、それぞれ１枚の板金を加工することにより形成されている。
このようにすることで、軽量化および低熱容量化がなされたタービンハウジング１を提供することができる。
【００３１】
〔他の実施形態〕
以上の説明においては、環状シール部の形状を図６および図７に示す形状としたが、他の態様であってもよい。例えば、図８に示す第１変形例の環状シール部４′の形状としてもよい。
第１変形例の環状シール部４′は、回転軸７に沿って基端部４′ａから傾斜角が変化する変化点４′ｃまでの長さＬ２が、変化点４′ｃから先端部４′ｂまでの長さＬ１よりも長い。また、ベアリングハウジング３０′のフランジ部３０′ａの外周面３０′ｃと環状シール部４′とがなす角θ１が大きくなっている。
図８に示す環状シール部４′の形状とすることにより、先端部４′ｂにおける弾性変形の変位量を増大させ、それに伴って復元力を増大させることができる。
【００３２】
また、環状シール部の形状を、例えば、図９に示す第２変形例の環状シール部４′′の形状としてもよい。
第２変形例の環状シール部４′′は、回転軸７に沿って基端部４′′ａから傾斜角が変化する変化点４′′ｃまでの長さＬ４が、変化点４′′ｃから先端部４′′ｂまでの長さＬ３とほぼ同じである。また、ベアリングハウジング３０′′のフランジ部３０′′ａの外周面３０′′ｃと環状シール部４′′とがなす角θ２がθ１よりも小さくなっている。
図９に示す環状シール部４′′の形状とすることにより、締結による反力が比較的低下するものの、熱変形による追随性が向上する。そのため、タービンハウジングの熱変形量が大きい場合であってもシール性能が向上する。
【００３３】
以上の第１変形例および第２変形例で例示した以外にも、環状シール部の形状は、タービンハウジングに発生する内部圧力や熱変形量に応じて、適宜に適切な形状を選定することができるものとする。
【符号の説明】
【００３４】
１      タービンハウジング
２      スクロール部
４      環状シール部
４ａ    基端部
４ｂ    先端部
６      環状蓋部
７      回転軸
１６    ネジブッシュ（連結部）
１６ａ  外側端面
１６ｂ  締結穴
２０    周壁部
２０ａ  フランジ部
２２    底面部
２２ａ  底面
２４    排ガス流入口
３０    ベアリングハウジング
３０ａ  フランジ部
３０ｂ，３０ｃ  外周面
４０    ボルト
４０ａ  頭部
４１    座金
４２    締結具
１００  ターボチャージャ
【図１】
0006026020.tif 000002
【図２】
0006026020.tif 000003
【図３】
0006026020.tif 000004
【図４】
0006026020.tif 000005
【図５】
0006026020.tif 000006
【図６】
0006026020.tif 000007
【図７】
0006026020.tif 000008
【図８】
0006026020.tif 000009
【図９】
0006026020.tif 000010