(57)【要約】【課題】冷却系に要求される冷却性能を低くすることのできるタービンハウジングを提供する。【解決手段】タービンハウジング３１のハウジング本体４０は、アルミニウム合金により形成されて、内面においてタービンホイールの周囲全周にわたって延びる形状であり且つ同ホイールの回転軸Ｌ１方向に凹む形状の溝４１を有する。内壁部材５０は、ステンレス鋼により形成されて、筒形状に形成された本体部５１と同本体部５１の一方の端部に設けられて外径側に折り返された形状の折り返し部５２とを有する。折り返し部５２の先端が溝４１に嵌る態様で内壁部材５０がハウジング本体４０に設けられる。低温時には折り返し部５２の内面５５と溝４１の内径側の面４５とが密着し、且つ折り返し部５２の外面５４と溝４１の外径側の面４６との間に間隙が形成される。高温時には折り返し部５２の外面５４と溝４１の外径側の面４６とが密着する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金により形成されるとともに内部に機関冷却水を循環させるための冷却水路が形成されたハウジング本体と、同ハウジング本体より熱伝導率の小さい材料により形成されるとともにタービンホイールの周壁になるシュラウド部の内壁を構成する内壁部材と、を備え、
前記ハウジング本体は、その内面において前記タービンホイールの周囲全周にわたって延びる形状であり且つ同ホイールの回転軸方向に凹む形状の溝を有し、
前記内壁部材は、
筒形状に形成された本体部と同本体部の一方の端部に設けられて外径側に折り返された形状の折り返し部とを有し、
前記折り返し部の先端が前記溝に嵌る態様であり、且つ
低温時には前記折り返し部の内面と前記溝の両側面における内径側の面とが密着する態様であって且つ前記折り返し部の外面と前記溝の両側面における外径側の面との間に間隙が形成される態様であり、且つ
高温時には前記折り返し部の外面と前記溝の両側面における外径側の面とが密着する態様で、前記ハウジング本体に設けられる、タービンハウジング。
【請求項２】
請求項１に記載のタービンハウジングにおいて、
前記内壁部材は、低温時には前記本体部が前記ハウジング本体から離間する態様であり且つ高温時には熱膨張による変形によって前記本体部が前記ハウジング本体に接触する態様で設けられる
ことを特徴とするタービンハウジング。
【請求項３】
請求項２に記載のタービンハウジングにおいて、
前記内壁部材における前記本体部の外面に凹部が形成される
ことを特徴とするタービンハウジング。
【請求項４】
請求項３に記載のタービンハウジングにおいて、
前記内壁部材における前記本体部の外面にその周囲方向全周にわたって前記凹部が形成される
ことを特徴とする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、水冷式のタービンハウジングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボチャージャのタービンハウジングをアルミニウム合金により形成することが提案されている（特許文献１参照）。また、そうしたタービンハウジングの内部に、同ハウジングの冷却のための冷却水を循環させる冷却水路を形成することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アルミニウム合金は鋳鉄などの鉄合金と比較して熱伝導率が高い。そのため、アルミニウム合金により形成されたタービンハウジングでは、鉄合金により形成されたものと比較して、その内部を通過する排気から機関冷却水に伝達される熱の量が多くなり易い。したがって、タービンハウジングをアルミニウム合金により形成すると、冷却水路などからなる冷却系に要求される冷却性能が高くなって、同冷却系の大型化を招いたり、機関冷却水の流通量の増加による内燃機関の燃費性能の悪化を招いたりするおそれがある。
【０００５】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却系に要求される冷却性能を低くすることのできるタービンハウジングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためのタービンハウジングは、アルミニウム合金により形成されるとともに内部に機関冷却水を循環させるための冷却水路が形成されたハウジング本体と、同ハウジング本体より熱伝導率の小さい材料により形成されるとともにタービンホイールの周壁になるシュラウド部の内壁を構成する内壁部材とを備える。
【０００７】
上記タービンハウジングによれば、シュラウド部の内壁を構成する内壁部材がアルミニウム合金より熱伝導率の小さい材料により形成されるため、タービンハウジング全体がアルミニウム合金によって形成されるものと比較して、内壁部材が配設された部分における排気からの受熱量を小さくすることができる。これにより、冷却水路等からなる冷却系に比較的少ない量の冷却水を循環させることによってタービンハウジングを適正な温度に保つことができるため、同冷却系に要求される冷却性能を低くすることができる。
【０００８】
上記タービンハウジングでは、ハウジング本体と内壁部材との材質が異なり、それらの熱膨張量も異なる。そのため、単に筒形状の内壁部材をハウジング本体の内部に配設すると、温度変化に伴って互いの接触部分における面圧が増減するようになる。そうした面圧の増減が繰り返されると、ハウジング本体や内壁部材が塑性変形して上記面圧が低下することによってハウジング本体による内壁部材の支持が不安定になったり、上記面圧の上昇により生じる応力によって耐久性能の低下を招いたりするおそれがある。
【０００９】
上記タービンハウジングでは、ハウジング本体が、その内面において前記タービンホイールの周囲全周にわたって延びる形状であり且つ同ホイールの回転軸方向に凹む形状の溝を有する。内壁部材は、筒形状に形成される本体部と、同本体部の一方の端部に設けられて外径側に折り返された形状の折り返し部とを有する。内壁部材は、その折り返し部の先端が前記溝に嵌る態様でハウジング本体に設けられる。そして、この内壁部材は、低温時には折り返し部の内面が前記溝の両側面における内径側の面に密着するとともに折り返し部の外面と前記溝の両側面における外径側の面との間に間隙が形成される一方、高温時には折り返し部の外面と前記溝の両側面における外径側の面とが密着する。
【００１０】
上記タービンハウジングによれば、内壁部材がさほど熱膨張していない低温時には、同内壁部材の折り返し部の先端の内径および外径が小さい。このとき内壁部材の折り返し部の内面がハウジング本体の溝の内径側の面に押し付けられた状態になるため、それら面が密着する。これにより、各面の接触部分によって内壁部材が支持されるようになる。内壁部材が高温になると、その熱膨張に伴って同内壁部材の折り返し部の内径および外径が大きくなる。この熱膨張に伴って、内壁部材の折り返し部の内面とハウジング本体の溝の内径側の面との接触部分における面圧が低下するものの、内壁部材の折り返し部の外面がハウジング本体の溝の外径側の面に押し付けられた状態になって各面が密着するようになる。これにより、そうした各面の密着部分によって内壁部材が支持されるようになる。
【００１１】
上記タービンハウジングによれば、ハウジング本体と内壁部材とで熱膨張量が異なるものの、その熱膨張に合わせてハウジング本体における内壁部材を主として支持する部分が切り替わることによって内壁部材を支持する部分の面圧を高いままで保持することができる。そのため、温度変化に起因するハウジング本体による内壁部材の支持の不安定化を抑えることができる。しかも、熱膨張に合わせてハウジング本体における内壁部材を主として支持する部分が切り替わることにより、温度変化に伴って特定の面の面圧が不要に高くなることを抑えることができるために、タービンハウジングの耐久性能の低下を抑えることもできる。
【００１２】
上記タービンハウジングにおいて、前記内壁部材を、低温時には前記本体部が前記ハウジング本体から離間する態様であり且つ高温時には熱膨張による変形によって前記本体部が前記ハウジング本体に接触する態様で設けることが好ましい。
【００１３】
上記タービンハウジングでは、内壁部材の低温時において、内壁部材の本体部の外面とハウジング本体の内面との間に間隙を形成したり、同間隙の形成範囲を大きくしたりすることができる。この間隙は断熱層として機能するため、間隙を形成したり同間隙の形成範囲を大きくしたりすることにより、排気からハウジング本体への熱伝達量を少なくすることができる。これにより、このとき冷却系に要求される冷却性能を低くすることができる。
【００１４】
しかも、内壁部材の高温時においては、その熱膨張による変形によって、内壁部材の本体部の外面とハウジング本体の内面との間に間隙が形成される範囲を小さくすることができる。これにより排気からハウジング本体への熱伝達量を多くすることができるため、冷却系による冷却の度合いを増大させて、内壁部材の温度上昇を抑えたり、排気温度を低下させたりすることができる。
【００１５】
上記タービンハウジングにおいて、前記内壁部材における前記本体部の外面に凹部を形成することが好ましい。
内壁部材の外面に凹部を形成することにより、内壁部材の特定の部分に他の部分と比較して脆弱な部分を形成することができる。上記タービンハウジングによれば、そうした凹部を形成することにより、内壁部材の熱膨張による変形に際して変形し易い部位を設定することができるため、同内壁部材の変形態様を所望の態様で容易にコントロールすることが可能になる。
【００１６】
上記タービンハウジングにおいて、前記内壁部材における前記本体部の外面にその周囲方向全周にわたって前記凹部を形成することができる。
上記タービンハウジングによれば、内壁部材の少なくとも一部を、その周囲方向の全周にわたって外径側に向けて均等に変形させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態のタービンハウジングが適用されるターボチャージャの断面構造を模式的に示す断面図。
【図２】第１の実施形態のタービンハウジングの断面構造を示す断面図。
【図３】同タービンハウジングの内壁部材の斜視構造を示す斜視図。
【図４】同タービンハウジングの内壁部材およびその周辺の断面構造を拡大して示す断面図。
【図５】温度変化に伴う折り返し部の内径と溝の内径側の面の径との差の推移、および同折り返し部の外径と溝の外径側の面の径との差の推移を示すグラフ。
【図６】低温時における内壁部材およびその周辺の断面構造を拡大して示す断面図。
【図７】温度上昇過程における内壁部材およびその周辺の断面構造の一例を拡大して示す断面図。
【図８】高温時における内壁部材およびその周辺の断面構造を拡大して示す断面図。
【図９】第２の実施形態のタービンハウジングの内壁部材の斜視構造を示す斜視図。
【図１０】同タービンハウジングの内壁部材およびその周辺の断面構造を拡大して示す断面図。
【図１１】高温時における内壁部材およびその周辺の断面構造を拡大して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、タービンハウジングの第１の実施形態について説明する。
図１に示すように、ターボチャージャ１０は、内燃機関１の吸気通路２に配設されるコンプレッサ２０と、同内燃機関１の排気通路３に配設されるタービン３０と、それらコンプレッサ２０およびタービン３０を連結するセンターハウジング１１とを備えている。
【００１９】
コンプレッサハウジング２１の内部にはコンプレッサ室２２が形成されており、同コンプレッサ室２２にはコンプレッサホイール２３が収容されている。一方、タービンハウジング３１の内部にはタービン室３２が形成されており、同タービン室３２にはタービンホイール３３が収容されている。他方、センターハウジング１１には、シャフト１２が回転可能に支持されており、同シャフト１２の一端にはコンプレッサホイール２３が固定され、他端にはタービンホイール３３が固定されている。このターボチャージャ１０は、コンプレッサホイール２３とタービンホイール３３とが一体回転する構造になっている。
【００２０】
コンプレッサ室２２はコンプレッサホイール２３の回転軸Ｌ１に沿って延設されている。また、コンプレッサハウジング２１には、上記コンプレッサホイール２３の外周において渦巻形状で延びるスクロール通路２４が形成されている。
【００２１】
一方、タービン室３２はタービンホイール３３の回転軸Ｌ１に沿って延設されている。また、タービンハウジング３１には上記タービンホイール３３の外周において渦巻形状で延びるスクロール通路３４が形成されている。スクロール通路３４は上記タービン室３２の周壁においてその全周にわたる円環形状で開口されている。
【００２２】
上記ターボチャージャ１０では次のようにして内燃機関１への過給が行われる。内燃機関１の排気がスクロール通路３４を介してタービンホイール３３に吹き付けられると、同タービンホイール３３が排気流のエネルギを受けることによって回転する。そして、このタービンホイール３３の回転がシャフト１２を通じてコンプレッサホイール２３に伝達されて、同コンプレッサホイール２３が回転する。これによりコンプレッサ２０内では、コンプレッサホイール２３の回転による遠心力の作用により、同コンプレッサ２０の入口部２０ａからコンプレッサ室２２に流入する吸気がスクロール通路２４、ひいては内燃機関１の各気筒へと送られる。内燃機関１では、こうした排気の持つエネルギを利用した過給を行うことによって出力向上が図られる。
【００２３】
上記ターボチャージャ１０では、タービンハウジング３１のハウジング本体４０がアルミニウム合金により形成されている。また、このターボチャージャ１０としては水冷式のものが採用されている。具体的には、ハウジング本体４０の内部に、冷却水を循環させるための冷却水路３５が形成されている。そして、この冷却水路３５の内部に冷却水を強制的に循環させることにより、タービンハウジング３１が冷却される構造になっている。なお本実施形態では、内燃機関１の運転に際して同内燃機関１の冷却に用いられる冷却水の一部が上記冷却水路３５に供給されて循環するようになっている。
【００２４】
図１または図２に示すように、タービンハウジング３１は、ハウジング本体４０とその内部に取り付けられた内壁部材５０とによって構成されている。内壁部材５０は、耐熱性の高い材料であり、且つハウジング本体４０より熱伝導率の高い材料（本実施形態では、ステンレス鋼）により形成されている。また内壁部材５０は、一方（図１における左側）の端部が外径側に折り返された円筒形状に形成されている。
【００２５】
そして内壁部材５０は、タービン室３２における上記タービンホイール３３より排気流れ方向下流側の部分全体、および上記タービンホイール３３の周壁になる部分（いわゆるシュラウド部）、およびスクロール通路３４における上記タービンホイール３３側の部分の内壁を形成するように、ハウジング本体４０の内部に取り付けられる。なお内壁部材５０は、外径側に折り返された形状の側の部分がシュラウド部およびスクロール通路３４の内壁を形成する状態で配設されている。
【００２６】
上記タービンハウジング３１では、排気が通過する通路（シュラウド部を含む）の内壁の一部を構成する内壁部材５０がアルミニウム合金より熱伝導率の小さい材料により形成される。そのため、タービンハウジング全体がアルミニウム合金によって形成されるものと比較して、内壁部材５０が配設された部分における排気からの受熱量を小さくすることができる。これにより、冷却水路３５等からなる冷却系に比較的少ない量の冷却水を循環させることによってタービンハウジング３１を適正な温度に保つことができるため、同冷却系に要求される冷却性能を低くすることができる。
【００２７】
ここで、上記タービンハウジング３１では、ハウジング本体４０と内壁部材５０との材質が異なり、それらの熱膨張量も異なる。そのため、単に円筒形状の内壁部材をハウジング本体の内部に配設すると、温度変化に伴って互いの接触部分における面圧が増減するようになる。そうした面圧の増減が繰り返されると、ハウジング本体や内壁部材が塑性変形して上記面圧が低下することによってハウジング本体による内壁部材の支持が不安定になったり、上記面圧の上昇により生じる応力によって耐久性能の低下を招いたりするおそれがある。
【００２８】
こうした不都合を回避するために、本実施形態では、以下のようにして内壁部材５０をハウジング本体４０の内部に配設するようにしている。
図３に示すように、上記内壁部材５０は、外径が同一の円筒形状に形成された本体部５１と、同本体部５１の一方の端部に一体形成されて外径側に折り返された形状の折り返し部５２とを備えている。この折り返し部５２は、本体部５１の外周面５３から間隔をおいた位置において上記タービンホイール３３の回転軸Ｌ１方向に延びる形状に形成されている。
【００２９】
図２に示すように、タービンハウジング３１では、内壁部材５０における折り返し部５２が形成されたほうの端部がシュラウド部やスクロール通路３４の内壁を形成するようになっている。ハウジング本体４０は、上記スクロール通路３４に対応する位置に、その内面において上記タービンホイール３３（図１参照）の周囲全周にわたって延びる形状であり、且つ同タービンホイール３３の回転軸Ｌ１方向に凹む形状の溝４１が形成されている。この溝４１は、上記内壁部材５０の上記スクロール通路３４側の端部、すなわち同内壁部材５０の折り返し部５２に対応する位置に形成される。
【００３０】
また、ハウジング本体４０のタービン室３２に対応する部分は、その内面４３が断面円形状で延びる形状に形成されている。このハウジング本体４０の内面４３における上記折り返し部５２側の端部には、排気流れ方向下流側（図中における右側）の部分と比較して内方に向けて突出する形状の段部４４が形成されている。この段部４４は、タービンホイール３３（図１参照）の周囲全周にわたる円環形状で延設されている。また、ハウジング本体４０の内面４３における上記段部４４より排気流れ方向下流側の部分は、内面４３の径が同一になる形状に形成されている。
【００３１】
そして図４に示すように、上記タービンハウジング３１では、内壁部材５０の折り返し部５２の先端がハウジング本体４０の溝４１に嵌る態様で、内壁部材５０がハウジング本体４０に取り付けられている。内壁部材５０の折り返し部５２およびハウジング本体４０の溝４１は、タービンハウジング３１が常温下で放置された低温時において、上記折り返し部５２の内径が上記溝４１の内径側の面４５の径より若干（例えば数十マイクロメートル）小さくなるとともに、上記折り返し部５２の外径が上記溝４１の外径側の面４６の径より若干（例えば数十マイクロメートル）小さくなる形状に形成されている。またタービンハウジング３１では、低温時において内壁部材５０の本体部５１の外周面５３がハウジング本体４０のタービン室３２に対応する部分の内面４３から離間する態様で、内壁部材５０がハウジング本体４０に取り付けられている。なお、内壁部材５０のハウジング本体４０への取り付けは、センターハウジング１１側からハウジング本体４０の内部に内壁部材５０を挿入することによって行われる。
【００３２】
以下、このようにしてハウジング本体４０の内部に内壁部材５０を配設することによる作用について、図５〜図８を参照しつつ説明する。
図５は、タービンハウジング３１の温度変化に伴う、内壁部材５０の折り返し部５２の内径ＤＡと上記溝４１の両側面における内径側の面４５の径ＤＢとの差（＝ＤＡ−ＤＢ）の推移と、上記折り返し部５２の外径ＤＣと上記溝４１の両側面における外径側の面４６の径ＤＤとの差（＝ＤＣ−ＤＤ）の推移とを示している。図６は低温時におけるハウジング本体４０と内壁部材５０との相対位置の関係を示し、図７は温度上昇過程における同関係を示し、図８は高温時における同関係を示している。図６〜図８中の破線は、内壁部材５０を単体で温度上昇させたと仮定したときの折り返し部５２の外形を示している。なお、図６および図８では理解を容易にするために内壁部材５０の折り返し部５２とハウジング本体４０の溝４１との間隙を誇張して示しているが、実際の間隙はごく小さい。また、図６〜図８では理解を容易にするために内壁部材５０の折り返し部５２とハウジング本体４０の溝４１とが重なる幅を誇張して示しているが、実際に重なる幅はごく小さい。
【００３３】
内燃機関１の運転開始直後など、タービンハウジング３１の温度が低く、その内壁部材５０がさほど熱膨張していない低温時には、同内壁部材５０の折り返し部５２の内径および外径が共に小さい。
【００３４】
図５から明らかなように、このとき上記折り返し部５２の内径ＤＡが上記溝４１の内径側の面４５の径ＤＢより若干小さくなる。そのため図６に示すように、内壁部材５０の折り返し部５２の内面５５がハウジング本体４０の溝４１の内径側の面４５に押し付けられた状態になって、それら面４５，５５が密着した状態になる。したがって、それら面４５，５５の接触部分により、ハウジング本体４０内において内壁部材５０が支持されるようになる。
【００３５】
また、これも図５から明らかなように、ハウジング本体４０の低温時においては、上記折り返し部５２の外径ＤＣが上記溝４１の外径側の面４６の径ＤＤより若干小さくなる。そのため図６に示すように、内壁部材５０の折り返し部５２の外面５４とハウジング本体４０の溝４１の外径側の面４６との間に間隙が形成されて、それら面４６，５４の接触部分の面圧がごく低い状態になり、各面４６，５４が密着していない状態になる。
【００３６】
内燃機関１の運転が継続される等してタービンハウジング３１の温度が上昇すると、それに伴ってハウジング本体４０の溝４１の内径側の面４５の径および外径側の面４６の径が徐々に大きくなるとともに、内壁部材５０の折り返し部５２の内径および外径が徐々に大きくなる。
【００３７】
上記タービンハウジング３１では、熱伝導率の高いアルミニウム合金によって形成されたハウジング本体４０が冷却水路３５を通過する冷却水によって直接冷却されるのに対して、熱伝導率の低いステンレス鋼によって形成された内壁部材５０がハウジング本体４０を介して冷却される。そのためハウジング本体４０の温度と比較して内壁部材５０の温度が高くなり、ハウジング本体４０の熱膨張量と比較して内壁部材５０の熱膨張量が大きくなる。したがって上記タービンハウジング３１では、ハウジング本体４０の温度上昇に際し、内壁部材５０の折り返し部５２の内径および外径の拡大量と比較して、ハウジング本体４０の溝４１の内径側の面４５および外径側の面４６の拡大量が小さくなる。
【００３８】
図５に示すように、タービンハウジング３１の温度が上昇する過程においては、内壁部材５０の折り返し部５２の内径ＤＡと上記溝４１の両側面における内径側の面４５の径ＤＢとの差（＝ＤＡ−ＤＢ）が徐々に大きくなり、上記溝４１の両側面における外径側の面４６の径ＤＤと上記折り返し部５２の外径ＤＣとの差（＝ＤＤ−ＤＣ）が徐々に小さくなる。そのため、このとき上記折り返し部５２の内面５５と上記溝４１の内径側の面４５との接触分の面圧が徐々に低下する一方で、同折り返し部５２の外面５４と上記溝４１の外径側の面４６との間隙が小さくなるとともにやがてはそれら面４６，５４が接触するようになる。タービンハウジング３１の温度上昇の過程において、それら接触部分の面圧がほぼ等しくなると、上記折り返し部５２の内径ＤＡと上記溝４１の両側面における内径側の面４５の径ＤＢとの差（＝ＤＡ−ＤＢ）、および上記溝４１の両側面における外径側の面４６の径ＤＤと上記折り返し部５２の外径ＤＣとの差（＝ＤＤ−ＤＣ）が共に負の値になる。
【００３９】
図７に示すように、このとき上記折り返し部５２の内面５５が上記溝４１の内径側の面４５に押し付けられた状態になってそれら面４５，５５の接触部分の面圧が適度に高い状態になるとともに、上記折り返し部５２の外面５４が上記溝４１の外径側の面４６に押し付けられた状態になってそれら面４６，５４の接触部分の面圧が適度に高い状態になる。そのため、それら接触部分によって、内壁部材５０が支持されるようになる。
【００４０】
図５に示すように、排気温度の高い状態での内燃機関１の運転が継続される等してタービンハウジング３１の内壁部材５０がさらに高温になると、内壁部材５０の折り返し部５２の内径ＤＡと上記溝４１の両側面における内径側の面４５の径ＤＢとの差（＝ＤＡ−ＤＢ）が正の値になる。その一方で、上記溝４１の両側面における外径側の面４６の径ＤＤと上記折り返し部５２の外径ＤＣとの差（＝ＤＤ−ＤＣ）がさらに小さくなる。
【００４１】
図８に示すように、このとき上記折り返し部５２の内面５５と上記溝４１の内径側の面４５との間に間隙が形成されてそれら面４５，５５の接触部分の面圧がごく小さくなる一方で、同折り返し部５２の外面５４と上記溝４１の外径側の面４６との接触部分の面圧が十分に高くなる。すなわち、熱膨張に伴って内壁部材５０の折り返し部５２の内面５５とハウジング本体４０の溝４１の内径側の面４５との接触部分における面圧が低下するものの、上記折り返し部５２の外面５４が上記溝４１の外径側の面４６に押し付けられた状態になってそれら面４６，５４が密着するようになる。したがって、このときには、そうした上記折り返し部５２の外面５４と上記溝４１の外径側の面４６との密着部分によって内壁部材５０が支持されるようになる。
【００４２】
なお上記タービンハウジング３１では、低温時において内壁部材５０の本体部５１の外周面５３がハウジング本体４０のタービン室３２に対応する部分の内面４３から離間する態様で、内壁部材５０がハウジング本体４０に取り付けられている。そのため、低温時において内壁部材５０とハウジング本体４０との間に間隙が形成される。またタービンハウジング３１の温度が上昇したときにも、熱膨張によって内壁部材５０の本体部５１の外周面５３がハウジング本体４０の内面４３の段部４４の突端に押し付けられるようになる。とはいえ、同本体部５１の外周面５３とハウジング本体４０の内面４３との対向面における上記段部４４が形成された部分以外の部分においては、それら面４３，５３間に間隙が形成される。こうした間隙は断熱層として機能するため、同間隙を形成することにより、排気からハウジング本体４０への熱伝達量を少なくすることができる。これにより、上記冷却系に要求される冷却性能を低くすることができる。
【００４３】
上記タービンハウジング３１では、その温度上昇に伴うハウジング本体４０の熱膨張量と内壁部材５０の熱膨張量とが異なるためにハウジング本体４０と内壁部材５０との相対位置が変化するものの、その熱膨張に合わせてハウジング本体４０における内壁部材５０を主として支持する部分が切り替わる。これにより内壁部材５０を支持する部分の面圧を高いままで保持することができる。そのため、タービンハウジング３１の温度変化によることなく内壁部材５０をハウジング本体４０によって適正に支持することができ、その温度変化に起因するハウジング本体４０による内壁部材５０の支持の不安定化を抑えることができる。
【００４４】
しかもタービンハウジング３１では、熱膨張に伴うハウジング本体４０と内壁部材５０との相対位置の変化に際して、上記折り返し部５２の外面５４と上記溝４１の外径側の面４６との間に間隙がある状態（図６に示す状態）から、上記折り返し部５２の内面５５と上記溝４１の内径側の面４５との間に間隙がある状態（図８に示す状態）に移行する。
【００４５】
これにより、温度変化に伴う折り返し部５２と溝４１との相対位置の変化に際して同折り返し部５２が溝４１の内径側の面４６に近づくときに、それらの間隙が「０」になるまでの間は面圧が高くならなくなる。そのため、その分だけ折り返し部５２の内面５５と溝４１の内径側の面４５との面圧や、折り返し部５２の外面５４と溝４１の外径側の面４６との面圧の上昇を抑えることができる。したがって、内壁部材５０の折り返し部５２とハウジング本体４０の溝４１との接触部分の面圧が不要に高くなることを抑えることができ、タービンハウジング３１の耐久性能の低下を抑えることができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）ハウジング本体４０の内面にタービンホイール３３の周囲全周にわたって延びる形状であり且つ同タービンホイール３３の回転軸Ｌ１方向に凹む形状の溝４１を形成し、内壁部材５０を、円筒形状の本体部５１と同本体部５１の一方の端部に設けられて外径側に折り返された形状の折り返し部５２とを有する形状に形成した。そして、上記折り返し部５２の先端が上記溝４１に嵌る態様で、内壁部材５０をハウジング本体４０に設けた。低温時には、折り返し部５２の内面５５と溝４１の内径側の面４５とが密着するとともに折り返し部５２の外面５４と溝４１の外径側の面４６との間に間隙が形成されるようにする一方、高温時には折り返し部５２の外面５４と溝４１の外径側の面４６とが密着するようにした。そのため、タービンハウジング３１の温度変化に起因するハウジング本体４０による内壁部材５０の支持の不安定化を抑えることができる。しかも、内壁部材５０の折り返し部５２とハウジング本体４０の溝４１との接触部分の面圧が不要に高くなることを抑えて、タービンハウジング３１の耐久性能の低下を抑えることができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
以下、タービンハウジングの第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４８】
本実施形態のタービンハウジングと第１の実施形態のタービンハウジングとは、ハウジング本体のタービン室に対応する部分の形状および内壁部材の本体部の形状のみが異なる。なお、ハウジング本体のタービン室に対応する部分および内壁部材の本体部以外の部分については第１の実施形態と同一の構成であるため、同一の部分については同一の符号を付して示すとともにその詳細な説明を割愛する。
【００４９】
以下、本実施形態のタービンハウジングのハウジング本体および内壁部材の形状について説明する。
図９に示すように、内壁部材７０は、外径が同一の円筒形状に形成された本体部７１と、同本体部７１の一方の端部に一体形成されて外径側に折り返された形状の折り返し部５２とを備えている。また、本体部７１の外周面７３には周囲方向全周にわたって円環状で延びる形状の凹部７６が形成されている。
【００５０】
図１０に示すように、ハウジング本体８０のタービン室３２に対応する部分は、その内面８３が断面円形状で延びる形状に形成されている。このハウジング本体８０の内面８３における折り返し部５２側の端部には、排気流れ方向下流側（図中における右側）の部分と比較して内方に向けて突出する形状の段部４４が形成されている。また、ハウジング本体８０の内面８３における上記段部４４より排気流れ方向下流側の部分には、内面４３の径が下流側に向かうに連れて拡大するテーパ形状のテーパ部８７が形成されている。
【００５１】
本実施形態のタービンハウジング６１では、内壁部材７０の凹部７６が、ハウジング本体８０の段部４４に対向する部分より排気流れ方向下流側（図中の右側）の位置であり且つ同段部４４に対向する部分に近接する位置に形成されている。
【００５２】
以下、こうした形状でハウジング本体８０と内壁部材７０とを形成することによる作用について参照しつつ説明する。
上記タービンハウジング６１では、低温時においては、内壁部材７０の本体部７１の外周面７３がハウジング本体８０の内面８３から離間した状態になる。そのため、低温時において内壁部材７０の本体部７１の外周面７３とハウジング本体８０の内面８３との間に間隙が形成される。この間隙は断熱層として機能するため、同間隙を形成することにより、排気からハウジング本体８０への熱伝達量を少なくすることができる。これにより上記冷却系に要求される冷却性能を低くすることができる。また、排気温度の低下が抑えられるようになるため、触媒の早期暖機を図ることなども可能になる。
【００５３】
内燃機関１の運転が継続される等してタービンハウジング６１の温度が上昇すると、それに伴う内壁部材７０の熱膨張により、その本体部７１の外周面７３における上記段部４４に対向する部分が同段部４４の突端に押し付けられた状態になる。これにより、内壁部材７０の外周面７３の上記段部４４の突端に接触した部分が同内壁部材７０の外径側に変形することが規制されるようになる。
【００５４】
タービンハウジング６１の温度がさらに上昇すると、内壁部材７０の上記段部４４に対向する部分より排気流れ方向下流側の部分は、熱膨張によってさらに外径側に変形するようになる。上記内壁部材７０の本体部７１において上記凹部７６が形成されている部分は、同本体部７１における他の部分と比較して強度が低くなっている。そのため、このとき凹部７６が形成されている部分が他の部分と比較して大きく曲折する。これにより、内壁部材７０における凹部７６が形成された部分より排気流れ方向下流側の部分が、下流側に向かうほど内径が大きいテーパ形状に変形するようになる。
【００５５】
その結果、図１１に示すように、高温時においては内壁部材７０の外周面７３における上記ハウジング本体８０の段部４４に対向する部分が同段部４４の突端に当接した状態になるとともに、同段部４４に対向する部分より排気流れ方向下流側の部分のほぼ全体がハウジング本体８０の内面８３に接触した状態になる。このように、高温時においては内壁部材７０の熱膨張による変形によって、同内壁部材７０の本体部７１の外周面７３とハウジング本体８０の内面４３との間に間隙が形成される範囲をごく小さくすることができる。これにより排気からハウジング本体８０への熱伝達量を多くすることができるため、前記冷却系による冷却の度合いを増大させて、内壁部材７０の温度上昇を抑えたり、排気温度を低下させて排気浄化触媒の熱劣化を抑えたりすることができる。
【００５６】
上記タービンハウジング６１では、内壁部材７０の本体部７１の外周面７３に凹部７６を形成することにより、同内壁部材７０の特定の部分に他の部分と比較して脆弱な部分を形成することができる。そのため、内壁部材７０の熱膨張による変形に際して変形しやすい部位を設定することができ、同内壁部材７０の変形態様を所望の態様で容易にコントロールすることができる。また、そうした凹部７６が内壁部材７０の外周面７３の周囲方向全周にわたって円環状に延びる形状に形成されるため、内壁部材７０の一部を、その周囲方向の全周にわたって外径側に向けて均等に変形させることができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態によれば、先の（１）に記載する効果に加えて、以下の（２）〜（４）に記載する効果が得られるようになる。
（２）低温時においては、内壁部材７０の本体部７１の外周面７３がハウジング本体８０の内面４３から離間した状態になるため、上記冷却系に要求される冷却性能を低くすることができる。しかも高温時においては、内壁部材７０の外周面７３における上記ハウジング本体８０の段部４４に対向する部分が同段部４４の突端に当接した状態になるとともに、同段部４４に対向する部分より排気流れ方向下流側の部分のほぼ全体がハウジング本体８０の内面８３に接触した状態になる。これにより、上記冷却系による冷却の度合いを増大させて、内壁部材７０の温度上昇を抑えたり、排気温度を低下させたりすることができる。
【００５８】
（３）内壁部材７０の外周面７３に凹部７６を形成することにより、同内壁部材７０の特定の部分に他の部分と比較して脆弱な部分を形成することができるため、内壁部材７０の熱膨張による変形に際して同内壁部材７０の変形態様を所望の態様で容易にコントロールすることができる。
【００５９】
（４）凹部７６を内壁部材７０の外周面７３の周囲方向全周にわたって円環状に延びる形状に形成したため、内壁部材７０の一部を、その周囲方向の全周にわたって外径側に向けて均等に変形させることができる。
【００６０】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・第１の実施形態において、ハウジング本体４０の段部４４を省略してもよい。すなわち、ハウジング本体４０のタービン室３２に対応する部分の内面４３全体を同一の内径の断面円形状で延びる形状に形成してもよい。
【００６１】
・第２の実施形態において、ハウジング本体８０の段部４４を省略してもよい。すなわち、ハウジング本体８０のタービン室３２に対応する部分の内面４３の全体を、排気流れ方向下流側に向かうに連れて断面の内径が徐々に大きくなる形状に形成してもよい。
【００６２】
・第２の実施形態において、内壁部材７０の凹部７６を円環状に形成することに代えて、内壁部材の本体部の外面においてその周囲方向全周にわたり断続的に延びる形状に形成してもよい。
【００６３】
・第２の実施形態において、内壁部材７０の本体部７１の外周面７３における凹部７６の形成位置は任意に変更することができる。具体的には凹部を、前記ハウジング本体８０の段部４４に対向する部分に隣接する位置に形成したり、一部が上記段部４４に対向する部分と重なる位置に形成したりすることができる。要は、内壁部材７０の本体部７１の外周面７３において低温時にハウジング本体８０から離間している特定部分であれば、凹部７６を形成することができる。こうした構成によっても、内壁部材７０の熱膨張による変形に際して同内壁部材７０の変形態様を所望の態様で容易にコントロールすることが可能になる。
【００６４】
・第２の実施形態において、ハウジング本体８０のタービン室３２に対応する部分を、排気流れ方向下流側に向かうに連れて内径が大きくなるテーパ形状に形成することに限らず、同一の内径で延びる形状に形成したり、部分的に内径が小さくなる形状に形成したり、部分的に突出する凸部が形成された断面円形状以外の形状に形成したりしてもよい。こうした構成によれば、内壁部材７０の低温時において内壁部材７０の本体部７１の外周面７３とハウジング本体８０の内面との間における間隙の形成範囲を大きくすることができるため、排気からハウジング本体８０への熱伝達量を少なくすることができる。しかも、高温時において、内壁部材７０の熱膨張による変形によって、内壁部材７０の本体部７１の外周面７３とハウジング本体８０の内面４３との間に間隙が形成される範囲を小さくすることができる。これにより排気からハウジング本体８０への熱伝達量を多くすることができる。
【００６５】
・各実施形態において、内壁部材５０，７０が高温になったときであっても、同内壁部材５０，７０の折り返し部５２の内面５５とハウジング本体４０の溝４１の内径側の面４６との間に間隙が形成されることのない構造を採用してもよい。こうした構成においても、内壁部材５０，７０の温度上昇によって上記折り返し部５２の内面５５と溝４１の内径側の面４６との接触部分の面圧が低下することにより、上記各実施形態の作用効果に準じた作用効果を得ることができる。
【００６６】
・各実施形態において、内壁部材５０，７０を、タービンハウジング３１，６１のシュラウド部の内壁およびスクロール通路３４のタービンホイール３３側の部分の内壁のみを構成する形状に形成したり、シュラウド部の内壁のみを構成する形状に形成したりしてもよい。
【００６７】
・各実施形態において、内壁部材５０，７０の本体部５１，７１を円筒形状に形成することに限らず、本体部５１，７１の外面を断面多角形状に形成したり、本体部５１，７１の外面に回転軸Ｌ１方向に延びる凸部を形成したりしてもよい。要は、本体部の内面が断面円形状で延びる筒形状であれば、内壁部材の本体部の形状は任意の形状に変更することができる。
【００６８】
・各実施形態において、内壁部材５０，７０をステンレス鋼により形成することに代えて、鋳鉄などの鉄合金やセラミック材料によって形成してもよい。要は、アルミニウム合金よりも熱伝導率の小さい材料であれば、内壁部材５０，７０を形成する材料として任意の材料を用いることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１…内燃機関、２…吸気通路、３…排気通路、１０…ターボチャージャ、１１…センターハウジング、１２…シャフト、２０…コンプレッサ、２０ａ…入口部、２１…コンプレッサハウジング、２２…コンプレッサ室、２３…コンプレッサホイール、２４…スクロール通路、３０…タービン、３１，６１…タービンハウジング、３２…タービン室、３３…タービンホイール、３４…スクロール通路、３５…冷却水路、４０，８０…ハウジング本体、４１…溝、４３，８３…内面、４４…段部、４５…内径側の面、４６…外径側の面、５０，７０…内壁部材、５１，７１…本体部、５２…折り返し部、５３，７３…外周面、５４…外面、５５…内面、７６…凹部、８７…テーパ部。
【図１】
2015001183.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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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