(57)【要約】【課題】タービンスクロール室を囲うように冷却水ジャケットを形成しているタービンハウジングにおいて、冷却水の流量を過度に増大させることなく、ウエイストゲート通路の部分や舌部を適切に冷却する。【解決手段】タービンハウジング４に、タービンスクロール室７を囲うインサイドジャケット２５とアウトサイドジャケット２６とが、センター隔壁２７にて左右に分離された状態で形成されている。冷却水は、タービンハウジング４の下端に設けた冷却水入口ポート２８から流入し、タービンハウジング４の上端に設けた冷却水出口ポート３０から排出される。アウトサイドジャケット２６は、冷却水入口ポート２８に連通した第１部分２６ａと、ウエイストゲート通路を囲う第２部分２６ｂと、冷却水出口ポートに連通した第３部分２８ｃとを有しており、第１部分２６ａに、整流リブ３２を形成している。整流リブ３２は、冷却水を舌部３３よりも上の位置で第２部分２６ｂに向かわせる姿勢になっている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン翼が水平状の軸心回りに回転するように配置されたタービンハウジングに、前記タービン翼を駆動する排気ガスが流れるタービンスクロール室と、前記タービンスクロール室の始端部に連通した入口通路と、前記入口通路から分岐したウエイストゲート通路とが形成されており、
更に、前記タービンハウジングの内部には、前記タービンスクロール室の終端部を形成するために、前記ウエイストゲート通路の近傍から前記タービン翼の回転方向に向けて延びる舌部が形成されており、
かつ、前記タービンハウジングの内部には、前記タービンハウジングの下端部に設けた冷却水入口ポートから冷却水が上向きに流れる冷却水ジャケットが形成されている構成であって、
前記冷却水ジャケットは、前記タービンスクロール室を囲うと共に前記冷却水入口ポートに連通した第１部分と、前記ウエイストゲート通路を囲う第２部分と、前記入口通路を囲う第３部分とを有していて、隣り合った部分は互いに連通しており、
かつ、前記冷却水ジャケットの第１部分に、当該第１部分を上向きに流れる冷却水が前記ウエイストゲート通路と舌部との間の部位を通って前記第２部分に流れるように誘導する整流リブが形成されている、
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、内燃機関に使用する排気ターボ過給機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気ターボ過給機では、タービン翼が配置されているタービンハウジングが高温の排気ガスに晒される。そこで、タービンハウジングや軸受けハウジングが熱害を受けることを抑制するため、タービンハウジングに冷却水ジャケットを設けて水冷式とすることが提案されており、その例が特許文献１に開示されている。
【０００３】
さて、タービンハウジングの内部には、環状のタービンスクロール室と、このタービンスクロール室に排気ガスを送り込む入口通路と、タービン翼を駆動する仕事をした排気ガスが搬出される排気出口孔が形成されており、排気出口孔はタービン翼の回転軸心方向に開口している。
【０００４】
そして、特許文献１では、冷却水通路は、タービンスクロール室を囲う第１通路と、排気出口孔を囲う第２通路との２つの系統になっており、それぞれの通路ごとに冷却水の配管を接続している。そして、特許文献１では、第１通路の内面に、陽極酸化被膜よりなる断熱層を形成することにより、冷却性能の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−４８８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、タービンハウジングの入口通路からは、排気ガスを排気出口孔に逃がすウエイストゲート通路が分岐しており、排気ガスがウエイストゲート通路に逃げる量をウエイストゲートバルブで調節することにより、排気ターボ過給機の出力を調節している。
【０００７】
従って、タービンハウジングは、排気出口孔が軸受けハウジングと反対側に開口していることと、ウエイストゲート通路が軸受けハウジングと反対側に形成されていることとにより、軸受けハウジングと反対側の部分の受熱量が圧倒的に大きくなっている。
【０００８】
また、ウエイストゲート通路とタービンスクロール室との境界部は、排気ガスの流れ方向に向けて薄くなった舌部になっており、この舌部により、タービンスクロール室の始端と終端とが区画されているが、舌部は薄いため熱害を受けやすい（損傷しやすい）という問題がある。
【０００９】
従って、タービンハウジングを冷却するに当たっては、ウエイストゲート通路の周囲部と舌部とを適切に冷却することが肝要であるが、特許文献１は、断熱処理と冷却水通路の２系統化によって冷却効果を向上できると推測できるものの、最も熱害を受けやすいウエイストゲート通路部と舌部との箇所を的確に冷却できるか否かは疑問であり、また、断熱処理にしても冷却水通路の２系統化にしても、大幅にコストアップするという問題がある。
【００１０】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、水冷式のタービンハウジングにおいて、熱害を受けやすい部分を的確に冷却することを、簡単な構造で実現しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明の排気ターボ過給機は、
「タービン翼が水平状の軸心回りに回転するように配置されたタービンハウジングに、前記タービン翼を駆動する排気ガスが流れるタービンスクロール室と、前記タービンスクロール室の始端部に連通した入口通路と、前記入口通路から分岐したウエイストゲート通路とが形成されており、
更に、前記タービンハウジングの内部には、前記タービンスクロール室の終端部を形成するために、前記ウエイストゲート通路の近傍から前記タービン翼の回転方向に向けて延びる舌部が形成されており、
かつ、前記タービンハウジングの内部には、前記タービンハウジングの下端部に設けた冷却水入口ポートから冷却水が上向きに流れる冷却水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。
【００１２】
そして、上記基本構成において、
「前記冷却水ジャケットは、前記タービンスクロール室を囲うと共に前記冷却水入口ポートに連通した第１部分と、前記ウエイストゲート通路を囲う第２部分と、前記入口通路を囲う第３部分とを有していて、隣り合った部分は互いに連通しており、
かつ、前記冷却水ジャケットの第１部分に、当該第１部分を上向きに流れる冷却水が前記ウエイストゲート通路と舌部との間の部位を通って前記第２部分に流れるように誘導する整流リブが形成されている」
という構成が付加されている。
【００１３】
本願発明では、タービンハウジング内部の冷却水ジャケットを、排気ガスの流れ方向に長く延びる隔壁により、軸受けハウジングの側に位置したインサイドジャケットと、排気出口孔の側に位置したアウトサイドジャケットとに分けることが可能であり、この場合は、アウトサイドジャケットを、第１〜３部分と整流リブとを有する本願発明の構成にしたらよい。
【発明の効果】
【００１４】
冷却水の流れは直進性を持っているため、特別の整流手段を講じていないと、冷却水ジャケットの第１部分に流入した冷却水は、第１部分から第３部分に向けて多く流れる傾向を呈して、第２部分への冷却水の流入量が必要な量よりも少なくなってしまうおそれがある。
【００１５】
これに対して本願発明では、第１部分を流れる冷却水が第２部分に向かうように整流リブによって誘導されるため、冷却水ジャケットの第２部分に必要な量の冷却水を流して、ウエイストゲート通路の周囲の部分や舌部を、昇温してしも許容温度以下に保持されるように的確に冷却することができる。従って、タービンハウジングをアルミのような軽合金製として軽量化しつつ、実用に耐える耐久性を確保することが可能になる。
【００１６】
つまり、本願発明では、冷却水の流れ態様を効率化して、冷却水の流量を過度に増大させることなく、タービンハウジングを許容温度に冷却できる。しかも、タービンハウジングは受熱量に応じて冷却されるため、タービンハウジングの昇温の温度差（熱膨張差）をできるだけ小さくして、熱ひずみの発生を大幅に抑制できる。
【００１７】
そして、冷却水ジャケットの内部に整流リブを配置するだけの簡単な構造であるため、コストアップの問題は生じない。むしろ、リブの補強機能によってタービンハウジングの剛性を向上できるという効果も発揮するため、タービンハウジング全体の薄肉化・軽量化にも貢献可能となる。
【００１８】
上記したように、冷却ジャケットをインサイドジャケットとアウトサイドジャケットとに区分して、アウトサイドジャケットを本願発明の構成にすると、特に高温になる部位において冷却水の流れを適切化できるため、上記した効果をより的確に享受できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係るハウジングを示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は底面図である。
【図２】（Ａ）はハウジングの平面図、（Ｂ）は正面図である。
【図３】（Ａ）は右側面図、（Ｂ）は左側面図である。
【図４】全体の縦断正面図である。
【図５】図４の要部拡大図である。
【図６】図５のVI-VI 視断面図である。
【図７】冷却水ジャッケトを示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
(1).概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜４を参照して概要を説明する。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１（Ｂ）や図２（Ａ）参照）の排気側面と直交した方向を前後方向として、シリンダヘッド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１，２等に方向を明示している。
【００２１】
図４に示すように、排気ターボ過給機は、ねじれた羽根を有するタービン翼１及びコンプレッサ翼２を備えており、両者は、水平姿勢の回転軸３の一端部と他端部とに固定されている。また、排気ターボ過給機は、タービンハウジング４とコンプレッサハウジング５、及び、両者の間に位置した軸受けハウジング（軸受けハウジング）６とを有しており、タービンハウジング４と軸受けハウジング６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５は、アルミのダイキャスト品又は鋳造品である。
【００２２】
タービンハウジング４には、タービン翼１を囲うようにタービンスクロール室７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孔８が形成されている。タービンスクロール室７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に向けて開口した入口通路９（図４参照）が連通している。
【００２３】
従って、タービンハウジング４は、タービンスクロール室７が形成された円形状部４ａと、入口通路９が形成された入口筒部４ｂとを有しており、かつ、軸受けハウジング６と反対側に突出したサイド張り出し部４ｃが、円形状部４ａ及び入口筒部４ｂと一体に繋がった状態で形成されている。入口筒部４ｂ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４ｄが形成されている。
【００２４】
また、図４（図１（Ａ）も参照）に示すように、入口通路９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６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と排気出口孔８とは、サイド張り出し部４ｃの内部で連通している。このため、サイド張り出し部４ｃは上下に長い形態になっている。
【００２５】
ウエイストゲート通路１０は、図示しないウエイストゲートバルブで開閉される。サイド張り出し部４ｃの上端部には、ウエイストゲートバルブを駆動する弁軸が嵌まる弁軸孔１１が、上下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４ｃの内部のうちその上部は、ウエイストゲートバルブの回動を許容するウエイストゲート空間１２になっている。なお、ウエイストゲートバルブは、コンプレッサハウジング５にブラケットを介して取付けられたダイヤフラム式のアクチュェータによって駆動される。
【００２６】
タービンハウジング４のサイド張り出し部４ｃには出口側フランジ１３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１３に、触媒ケースが固定される（排気管を固定してもよい。）。
【００２７】
図４に示すように、コンプレッサハウジング５には、吸気入口１４と、コンプレッサ翼２の外側に位置したコンプレッサスクロール室１５とが形成されており、コンプレッサスクロール室１５で加圧された吸気は、排出口１６から吸気系に排出される。コンプレッサハウジング５は、Ｃ形又は２つ割り状のリング１７を介して軸受けハウジング６とボルト１８で連結されている。このため、軸受けハウジング６の端部にはフランジ６ａを形成している。
【００２８】
軸受けハウジング６には、フローティングメタル１９を介して回転軸３を回転自在に保持する軸受け部２０が形成されている。また、軸受けハウジング６には、上向きに開口したオイル供給穴２１と、下向きに開口したオイル排出穴２２とが形成されている。回転軸３のシール構造は、本願発明との関係はないので説明を省略する。
【００２９】
回転軸３の一端部は大径部３ａに形成されており、この大径部３ａがタービン翼１に圧入されている。また、大径部３ａには、タービンハウジング４の軸受け部に摺接するシール材２３（図５参照）を装着している。
【００３０】
図４，５のとおり、排気出口孔８には、タービンスクロール室７の内周部を構成するシュラウドピース２４が装着されている。すなわち、タービンスクロール室７の内径はタービン翼１の外径よりも小さいため、タービン翼１の嵌め込みを許容しつつタービンスクロール室７を形成するために、別部材のシュラウドピース２４を後付けている。
【００３１】
(2).冷却構造
タービンハウジング４には、冷却水が流れる冷却水ジャケットを形成している。冷却水ジャケットは、軸受けハウジング６の側に位置したインサイドジャケット２５と、排気出口孔８の側に位置したアウトサイドジャケット２６とで構成されており、両者は、排気ガスの流れ方向に長く延びるセンター隔壁２７によって、左右に分離している。
【００３２】
図４，５に示すように、インサイドジャケット２５とアウトサイドジャケット２６とは下端において連通しており、タービンハウジング４における円形状部４ａの下端には、インサイドジャケット２５及びアウトサイドジャケット２６に向けて冷却水を送る冷却水入口ポート２８が、下向きに開口するように形成されている。冷却水入口ポート２９には、継手パイプ３１を介してホースが接続されている。
【００３３】
インサイドジャケット２５とアウトサイドジャケット２６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４における入口筒部４ｂの上端部には、インサイドジャケット２５及びアウトサイドジャケット２６に連通した冷却水出口ポート３０が上向きに形成されている。出口ポート３０には、継手パイプ３１を介してホースが接続されている。
【００３４】
内外のジャケット２５，２６のうち特にアウトサイドジャケット２６の形態は、図７において明示している。この図に示すように、アウトサイドジャケット２６は、タービンスクロール室７を囲う第１部分２６ａと、ウエイストゲート通路１０を囲う第２部分２６ｂと、入口通路９を片側から囲う第３部分２６ｃと、排気出口孔８を囲う第４部分２６ｄとを有しており、隣り合った部分は互いに連通している。冷却水入口ポート２８は第１部分２６ａの下端に連通しており、冷却水出口ポート３１は第３部分２６ｃの上端に連通している。
【００３５】
図４，５に示すように、センター隔壁２７のうち冷却水入口ポート２８に露出した部位は、軸受けハウジング６の側にずれるようにオフセットされている。従って、図１（Ｂ）に明示するように、冷却水入口ポート２８の軸心方向から見て、アウトサイドジャケット２６の開口面積が、インサイドジャケット２５の開口面積よりも大きくなっている。
【００３６】
更に、センター隔壁２７のうち、アウトサイドジャケット２６の第１部分２６ａに位置した部位（便宜的に、この部分を下側部分２７ａと呼ぶ）の左右方向の幅寸法（厚さ）Ｔ１は、アウトサイドジャケット２６のうち第３部分２６ｃに位置した部分（便宜的に、この部分を上側部分２７ｂと呼ぶ）の厚さＴ２よりも大きくなっており、かつ、第１部分の厚さＴ１は、冷却水入口ポート２８から下流側に向けて（上に行くに従って）徐々に大きくなっている。Ｔ１はＴ２の数倍の大きさになっている。
【００３７】
図７に示すように、センター隔壁２７の高さは、下側部分２７ａの箇所での高さＨ１が上側部分２７ｂの高さＨ２よりも高くなっている。従って、ジャケットの通路の断面積は、第３部分２６ｃよりも第１部分２６ａの方が大きくなっている。図７に示すように、アウトサイドジャケット２６の第１部分２６ａの上部には、下方から流れてきた冷却水が第２部分２６ｂに向けて多く流れるように方向付ける整流リブ３２を設けている。
【００３８】
タービンスクロール室７の断面積は、始端から終端に向けて小さくなっており、かつ、始端と終端とは連通している。そして、タービンスクロール室７の始端と終端との境界部は、図５，６，７（Ｂ）で示す舌部３３によって構成されている。換言すると、タービンハウジング４では、タービンスクロール室７の始端と終端とが連通しているという特性から、舌部３３が必須の要素として存在している。
【００３９】
そして、図６及び図７（Ｂ）に示すように、整流リブ３２は、タービン翼１の回転軸線方向から見た側面視において、舌部３３とアウトサイドジャケット２６の第２部分２６ｂとの間に向かうように、上に行くに従って高くなるように傾斜している（僅かに湾曲している。）。更に述べると、整流リブ３２は、側面視において、冷却水の流れ方向と交差する方向に長い傾斜姿勢になっている。
【００４０】
なお、図７に一点鎖線で示すように、タービンハウジング４の円形状部４ａに円形のダミー通路３４が形成されているが、このダミー通路３４は、タービンハウジング４を鋳型で鋳造するにおいて、中子型を安定させるためにできたものであり、冷却水の流れには寄与しておらず、プラグで塞がれている。
【００４１】
タービンハウジング４は、大まかには、冷却水ジャケット２５，２６によってインナーシェル体とアウターシェル体とに分かれており、内外のシェル体はセンター隔壁２７によって接続されているが、内外のシェル体は、センター隔壁２７のみによって接続されている訳ではなく、複数箇所においてブリッジ状リブ（図示せず）で接続されており、これにより、必要な剛性を確保している。
【００４２】
(3).まとめ
さて、タービンハウジング４は排気ガスによって昇温するが、排気出口孔８やウエイストゲート通路１０を設けている部位（サイド張り出し部４ｃの部位）が特に排気ガスによる受熱量が大きい。また、舌部３３は、その構造上、熱害を受けて損傷しやすい。従って、サイド張り出し部４ｃの側と舌部３３とは、強く冷却する必要がある。
【００４３】
そして、本実施形態では、冷却水入口ポート２８に送られた冷却水は、インサイドジャケット２５とアウトサイドジャケット２６とに分かれて流れ込むが、冷却水入口ポート２８において、アウトサイドジャケット２６の開口面積がインサイドジャケット２５の開口面積よりも大きいため、冷却水は、インサイドジャケット２５よりもアウトサイドジャケット２６に多く流れていく。
【００４４】
従って、タービンハウジング４のうち、受熱量が大きいサイド張り出し部４ｃの側を強く冷却できる。その結果、タービンハウジング４がアルミ製であっても、温度上昇を耐用限度内に抑えて、高い耐久性・実用性を確保することができる。
【００４５】
更に、アウトサイドジャケット２６の第１部分２６ａと第３部分２６ｃとは、排気ガスの流れ方向に沿って滑らかに連続しているため、何等の手段を講じないと、冷却水の直進性により、冷却水が第１部分２６ａから第３部分２６ｃに多く流れる傾向を呈するが、本実施形態では、第１部分２６ａの中途部に整流リブ３２が存在するため、冷却水は第２部分２６ｂに多く流れるように方向付けられる。これにより、ウエイストゲート通路１０の周囲の部分（受熱量が多いサイド張り出し部４ｃ）を的確に冷却できる。
【００４６】
また、整流リブ３２は、冷却水の熱を吸収する放熱材としても機能するが、図５と図７（Ｂ）とから理解できるように、整流リブ３２は舌部３３の下方に位置しつつ、舌部３３とは近接しているため、舌部３３が受けた熱の相当量が整流リブ３２によって放熱される。従って、舌部３３の冷却性能も向上できる。
【００４７】
また、整流リブ３２は、その左右両端が、アウトサイドジャケット２６における第１部分２６ａの左右内側面に繋がっているため、補強リブとしても機能している。従って、タービンハウジング４の剛性の向上にも貢献している。
【００４８】
なお、図７（Ｂ）に明示するように、整流リブ３２は、排気出口孔８を挟んで前後方向の手前側（入口側フランジ４ｄと反対側）に配置されているが、整流リブ３２は冷却水の流れに対して抵抗になるため、冷却水入口ポート２８から噴出した冷却水は、後ろ側にも多く流れる傾向を呈する。このため、排気出口孔８の周囲をまんべんなく冷却できると共に、第２部分２６ｂに対して後ろ側からも冷却水を多く流すことができる。これらの面からも、ウエイストゲート通路１０の周囲の部分を適切に冷却することができる。
【００４９】
実施形態のように、排気出口孔８を囲う第４部分２６ｄを設けると、サイド張り出し部４ｃの冷却水機能を向上できるが、整流リブ３２が冷却水の流れに対して抵抗として作用するため、冷却水は第４部分２６ｄに向かいやすくなっている。従って、整流リブ３２は、サイド張り出し部４ｃの冷却性向上にも貢献している。
【００５０】
タービンハウジング４と軸受けハウジング６とを一体化したハウジングの冷却において重要なことは、損傷や変形などを生じることなくタービン翼１及び回転軸３の円滑な回転を確保できる許容限度以内にタービンハウジング４の昇温を抑制することと、熱ひずみが発生しないように熱膨張をできるだけ均等化することであるが、本実施形態では、整流リブ３２等の工夫により、できるだけ少ない量の冷却水で、必要な冷却性能の確保と熱膨張の均等化とを実現している。
【００５１】
本願発明は、図示の形態の他にも様々に具体化できる。例えば、軸受けハウジングと別体に構成されたタービンハウジングにも適用可能である。また、図示した整流リブの下方に補助整流リブを設ける、といったことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本願発明は、内燃機関の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】
【００５３】
１  タービン翼
２  コンプレッサ翼
３  回転軸
４  タービンハウジング
４ａ  円形状部
４ｂ  入口筒部
４ｃ  サイド張り出し部
５  コンプレッサハウジング
６  軸受けハウジング
７  タービンスクロール室
８  排気出口孔
２５  インサイドジャケット
２６（２６ａ〜２６ｄ）  アウトサイドジャケット
２７  センター隔壁
２８  冷却水入口ポート
３０  冷却水出口ポート
３２  整流リブ
３３  舌部
【図１】
2019148225.tif 000003
【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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