(57)【要約】【課題】タービンホイールとシュラウド部との接触を抑制することのできるターボチャージャを提供する。【解決手段】ターボチャージャが備えるタービンハウジング１００には、タービンホイール３０が収容されている。また、タービンハウジング１００には、冷却水が循環する冷却水通路１２が形成されている。そして、タービンハウジング１００には、タービンホイール３０に対向するシュラウド部２１ｂと冷却水通路１２との間に断熱部４０が設けられている。【選択図】図１
2015124728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンホイールと、前記タービンホイールを収容するタービンハウジングと、を有するターボチャージャにおいて、
前記タービンハウジングには冷却水が循環する冷却水通路が形成されており、
前記タービンハウジングのうち前記タービンホイールに対向するシュラウド部と前記冷却水との間に断熱部が形成されたターボチャージャ。
【請求項２】
前記断熱部は、閉塞された中空の空間である
請求項１に記載のターボチャージャ。
【請求項３】
前記タービンハウジングは、前記タービンホイールに排気を導くスクロール通路及び前記冷却水通路を有するハウジング本体と、
前記ハウジング本体と別体として形成されるとともに前記シュラウド部を有する内周部材とからなる
請求項１又は２に記載のターボチャージャ。
【請求項４】
前記内周部材は、前記ハウジング本体を形成している素材よりも耐熱性の高い素材によって形成されている
請求項３に記載のターボチャージャ。
【請求項５】
前記内周部材は円筒形状をなし、内周面が前記シュラウド部を形成するものであり、外周面に部分的に設けられた当接部を介して前記ハウジング本体の内周面に当接している
請求項３又は４に記載のターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関のターボチャージャに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャが搭載された内燃機関の運転時には、タービンホイールや、タービンハウジングにおけるタービンホイールと対向するシュラウド部が高温の排気ガスに曝される。そして、タービンホイールやシュラウド部は昇温し、熱膨張することとなる。
【０００３】
ところで、タービンハウジングを冷却するため、タービンハウジングに冷却水通路を設けたターボチャージャが従来から知られている。このようなターボチャージャでは、冷却水によって冷却されているシュラウド部の温度がタービンホイールの温度に比して相対的に低くなる。そのため、タービンホイールの外径側への熱膨張量に比してタービンホイールを取り囲んでいるシュラウド部の外径側への熱膨張量が小さくなる。つまり、タービンホイールとシュラウド部の壁面との間において、製造時のクリアランスが保てなくなり、タービンホイールとシュラウド部との接触が起こる虞がある。
【０００４】
これに対して特許文献１には、タービンホイールとシュラウド部の壁面とのクリアランスが所定範囲内になるように冷却媒体の流量を制御する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９‐２４３２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されているように冷却媒体の流量を制御し、タービンホイールとシュラウド部との温度差を小さくするように冷却媒体の流量を制限したとしても、シュラウド部の熱は依然として冷却媒体によって奪われる。したがって、タービンホイールの温度に比してシュラウド部の温度は相対的に低く、熱膨張量の差も存在する。すなわち、この場合であっても、タービンホイールとシュラウド部との接触が起こる虞がある。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、タービンホイールとシュラウド部との接触を抑制することのできるターボチャージャを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するためのターボチャージャは、タービンホイールと、前記タービンホイールを収容するタービンハウジングとを有するターボチャージャにおいて、前記タービンハウジングには冷却水が循環する冷却水通路が形成されており、前記タービンハウジングのうち前記タービンホイールに対向するシュラウド部と前記冷却水との間に断熱部が形成されたことをその要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、断熱部によって、シュラウド部から冷却水への熱の移動を抑制することができる。すなわち、冷却水によってシュラウド部が冷却されることを抑制し、シュラウド部とタービンホイールとに生じる温度差を小さくできる。そのため、シュラウド部とタービンホイールとの熱膨張量の差を小さくし、シュラウド部とタービンホイールとの接触を抑制することができる。
【００１０】
また、上記ターボチャージャでは、前記断熱部を、閉塞された中空の空間とする構成を採用することができる。
上記構成によれば、空気層による断熱効果を得ることができる。すなわち、シュラウド部と冷却水通路との間に断熱部材を封入する工程などを必要とすることなく断熱部を設けることができる。
【００１１】
また、上記ターボチャージャの一例では、前記タービンハウジングは、前記タービンホイールに排気を導くスクロール通路及び前記冷却水通路を有するハウジング本体と、前記ハウジング本体と別体として形成されるとともに前記シュラウド部を有する内周部材とからなる。
【００１２】
上記構成によれば、タービンハウジングを構成するハウジング本体に断熱部を形成する必要がなく、別体の内周部材を後付けすることによって断熱部を形成することができる。すなわち、簡易な方法にて冷却水通路とシュラウド部との間に断熱部を設けることができる。
【００１３】
また、上記ターボチャージャでは、前記内周部材を前記ハウジング本体を形成している素材よりも耐熱性の高い素材によって形成することが好ましい。
上記構成によれば、タービンハウジングにおいて特に高温になりやすいシュラウド部を耐熱性の高い素材で形成された内周部材によって形成するようにしているため、熱による変形などを抑制することができる。また、シュラウド部と冷却水通路との間に断熱部を設け、シュラウド部からの熱の移動を抑制しているため、ハウジング本体としては比較的耐熱性の低い素材を採用することができるようになる。すなわち、ハウジング本体を形成する素材選択の幅を広げることができ、たとえば、軽量な素材を採用することによってターボチャージャの軽量化を図ることができるようになる。
【００１４】
また、上記ターボチャージャの一例では、前記内周部材は円筒形状をなし、内周面が前記シュラウド部を形成するものであり、外周面に部分的に設けられた当接部を介して前記ハウジング本体の内周面に当接している。
【００１５】
上記構成によれば、タービンハウジングに断熱部を形成するにあたって、断熱部を内周部材の内部にあらかじめ形成しておく必要がない。円筒形状をなす内周部材をハウジング本体に組み付けることによって断熱部を形成することができるため、断熱部を簡易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ターボチャージャの一実施形態について、タービン部分の構造を示す断面図。
【図２】同実施形態にかかるターボチャージャにおける、タービンハウジングを構成する内周部材の部分断面図。
【図３】同実施形態にかかるターボチャージャにおける、タービンハウジングを構成する内周部材とハウジング本体とを示す斜視図。
【図４】ターボチャージャの変形例における内周部材とハウジング本体との当接部分を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、ターボチャージャの一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、このターボチャージャのタービンハウジング１００は、タービンホイール３０を収容するハウジングである。タービンハウジング１００は、ハウジング本体１０と内周部材２０とが組み合わされて構成されている。本実施形態にかかるタービンハウジング１００では、内周部材２０がハウジング本体１０の内周面であるハウジング内面１３に圧入固定されている。
【００１８】
ハウジング本体１０には、タービンホイール３０に排気を導くスクロール通路１１が形成されている。さらに、ハウジング本体１０には、冷却水が循環する冷却水通路１２が、スクロール通路１１を覆うように形成されている。
【００１９】
こうしたハウジング本体１０のハウジング内面１３に圧入固定された内周部材２０は、図１に示すようにタービンホイール３０と対向するシュラウド部２１ｂを形成する。
また、ハウジング本体１０のハウジング内面１３と内周部材２０との間には、閉塞された中空の空間である断熱部４０が環状に形成されている。つまり、断熱部４０は、シュラウド部２１ｂと冷却水通路１２との間に設けられている。
【００２０】
次に、図２及び図３を参照して、内周部材２０について説明する。
図２に示すように、内周部材２０は円筒形状に成形されている。内周部材２０の内周面２１は、図２における右側から順に、スクロール部２１ａ、シュラウド部２１ｂ、傾斜部２１ｃ、及び大径部２１ｄになっている。スクロール部２１ａは、内周部材２０の径方向に広がっており、ハウジング本体１０に組み付けられたときにスクロール通路１１の壁面の一部を構成する。シュラウド部２１ｂは、ハウジング本体１０に組み付けられたときにタービンホイール３０と対向する壁面であり、内周部材２０の径方向内側に向かって膨出している。また、大径部２１ｄは、タービンハウジング１００が収容するタービンホイール３０の回転軸方向と平行に形成されている。傾斜部２１ｃは、大径部２１ｄからシュラウド部２１ｂに向かって傾斜して設けられる。
【００２１】
内周部材２０は厚さが略一定であり、外周面２２は内周面２１の形状に沿った起伏を有している。したがって、外周面２２では、シュラウド部２１ｂに対応する壁面が最も縮径されている。なお、内周部材２０は、ハウジング本体１０よりも耐熱性の高い素材によって形成されている。
【００２２】
また、内周部材２０は、図２における右側の端部に当接部２３ａを備え、図２における左側の端部に当接部２３ｂを備えている。当接部２３ａ，２３ｂは、外周面２２よりも径方向外側に突出しており、全周に亘って設けられている。
【００２３】
なお、図３に示すように、当接部２３ａ，２３ｂの直径Ｄ１は、ハウジング本体１０におけるハウジング内面１３の直径ｄ１と略等しくなっている。
図３に示すように、こうした内周部材２０は、当接部２３ａがスクロール通路１１側に位置するようにハウジング本体１０に圧入される。
【００２４】
このように内周部材２０がハウジング本体１０に圧入されると、内周部材２０における当接部２３ａ，２３ｂがハウジング内面１３と全周に亘り当接し、内周部材２０が固定される。
【００２５】
こうしてハウジング本体１０に内周部材２０が組み付けられることにより、シュラウド部２１ｂと冷却水通路１２との間に、閉塞された中空の空間である断熱部４０が形成される。
【００２６】
次に、本実施形態にかかるターボチャージャの作用について説明する。
ターボチャージャでは、内部を高温の排気が通過する。そのため、タービンホイール３０やシュラウド部２１ｂは、こうした高温の排気に曝されることになる。
【００２７】
タービンハウジング１００には、冷却水を循環させる冷却水通路１２が設けられており、タービンハウジング１００の昇温を抑制している。
ところで、冷却水によってシュラウド部２１ｂまで冷却されてしまうと、タービンホイール３０の温度に比して、シュラウド部２１ｂの温度が相対的に低くなってしまい、タービンホイール３０とシュラウド部２１ｂとの間に熱膨張量の差が生じてしまう。その結果、タービンホイール３０とシュラウド部２１ｂとの間において、製造時のクリアランスが保てなくなり、タービンホイール３０とシュラウド部２１ｂとの接触が起こる虞がある。
【００２８】
これに対して、本実施形態では、シュラウド部２１ｂと冷却水通路１２との間には、断熱部４０が設けられている。断熱部４０は閉塞された中空の空間として形成されているため、空気層による断熱作用を奏する。
【００２９】
したがって、シュラウド部２１ｂの熱が冷却水に移動することが断熱部４０によって妨げられる。すなわち、本実施形態では、シュラウド部２１ｂの冷却が抑制され、シュラウド部２１ｂの温度とタービンホイール３０の温度とに差が生じることが抑制される。つまり、シュラウド部２１ｂとタービンホイール３０との熱膨張量の差が小さくなる。
【００３０】
さらに、断熱部４０によって、高温に曝されるシュラウド部２１ｂの熱がハウジング本体１０に伝わることも抑制される。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００３１】
（１）断熱部４０によって、シュラウド部２１ｂから冷却水通路１２を循環する冷却水へと熱が移動することを抑制できる。すなわち、冷却水によってシュラウド部２１ｂが冷却されることを抑制し、シュラウド部２１ｂとタービンホイール３０とに生じる温度差を抑制できる。そのため、シュラウド部２１ｂとタービンホイール３０との熱膨張量の差を小さくし、シュラウド部２１ｂとタービンホイール３０との接触を抑制することができる。
【００３２】
（２）シュラウド部２１ｂとタービンホイール３０との接触は、シュラウド部２１ｂとタービンホイール３０との間の冷間状態でのクリアランスを広く設定する構成を採用することによっても抑制することができる。しかしながら、ターボチャージャのターボ効率を向上させるためには、クリアランスを狭くすることが好ましい。
【００３３】
この点、本実施形態によれば、冷間状態でのクリアランスを広く設定することなくシュラウド部２１ｂとタービンホイール３０との接触を抑制することができるため、ターボ効率への影響を避けることができる。
【００３４】
（３）閉塞された中空の空間として断熱部４０が形成されているため、空気層による断熱効果を得ることができる。すなわち、シュラウド部２１ｂと冷却水通路１２との間に断熱部材を封入する工程などを必要とすることなく断熱部４０を設けることができる。
【００３５】
（４）ハウジング本体１０に内周部材２０を固定することによって、シュラウド部２１ｂを形成するとともに、冷却水通路１２とシュラウド部２１ｂとの間に断熱部４０を形成することができる。すなわち、タービンハウジング１００に断熱部４０を形成するにあたって、断熱部４０を内周部材２０の内部にあらかじめ形成しておく必要がないため、簡易な方法にて冷却水通路１２とシュラウド部２１ｂとの間に断熱部４０を設けることができる。
【００３６】
（５）タービンハウジング１００において特に高温になりやすいシュラウド部２１ｂを耐熱性の高い素材で形成された内周部材２０によって形成するようにしているため、シュラウド部２１ｂが熱によって変形することを抑制できる。
【００３７】
（６）シュラウド部２１ｂと冷却水通路１２との間に断熱部４０を設け、シュラウド部２１ｂからの熱の移動を抑制しているため、ハウジング本体１０の昇温が抑制される。したがって、ハウジング本体１０としては比較的耐熱性の低い素材を採用することができるようになる。すなわち、ハウジング本体１０を形成する素材選択の幅を広げることができ、たとえば、軽量な素材を採用することによってターボチャージャの軽量化を図ることができるようになる。
【００３８】
（７）内周部材２０では、当接部２３ａ，２３ｂのみがハウジング本体１０と当接する。すなわち、内周部材２０においてハウジング本体１０と当接する部分が当接部２３ａ，２３ｂのみに制限され、熱の伝達経路が制限されている。したがって、シュラウド部２１ｂを形成する内周部材２０の熱が冷却水の循環しているハウジング本体１０に移動することを抑制し、シュラウド部２１ｂの冷却を抑制することができる。
【００３９】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、内周部材２０における当接部２３ａ，２３ｂのみがハウジング内面１３と当接するように構成したが、内周部材２０とハウジング本体１０とが当接する態様はこれに限らない。たとえば、内周部材２０に当接部をさらに設けてハウジング内面１３との当接箇所を増やしてもよい。当接部をさらに設ける構成において、たとえば、当接部２３ａと当接部２３ｂとの間にハウジング内面１３と全周に亘り当接する当接部をさらに設けると、当接部２３ａと新たに設けた当接部との間に閉塞された中空の空間、すなわち断熱部４０を形成することができる。こうした構成においては、当接部２３ｂを必ずしも内周部材２０の全周に亘って形成しなくとも、シュラウド部２１ｂと冷却水通路１２との間に断熱部４０を形成することができる。
【００４０】
また、内周部材２０に当接部２３ｂを設ける位置を変更し、当接部２３ａと当接部２３ｂとの間隔を変更することもできる。当該間隔の変更によって、内周部材２０における外周面２２とハウジング本体１０におけるハウジング内面１３との間に形成される断熱部４０の容積を変更することができる。すなわち、断熱部４０から得られる断熱効果を調整することができる。
【００４１】
・上記実施形態において、内周部材２０の板厚を変更してもよい。また、内周部材２０の板厚は略一定でなくてもよい。内周部材２０の板厚を変更することによって、シュラウド部２１ｂを形成する壁面の厚さが変更される。したがって、シュラウド部２１ｂの熱膨張量や、熱容量を適宜調整することができるようになる。
【００４２】
また、このように内周部材２０の板厚を変更する構成と、内周部材２０とハウジング内面１３との当接態様を変更する構成を組み合わせてもよい。こうした構成によれば、熱膨張量の調整をより緻密に行うことができる。
【００４３】
・上記実施形態では、内周部材２０をハウジング本体１０よりも耐熱性の高い素材によって形成した。しかし、内周部材２０を形成する素材とハウジング本体１０を形成する素材とは、耐熱性の異なる素材でなくてもよい。たとえば、同一の素材によって内周部材２０とハウジング本体１０とを形成したとしても、内周部材２０の外周面２２と、ハウジング本体１０のハウジング内面１３との間に断熱部４０を形成することはできる。そのため、上記実施形態と同様に断熱部４０による断熱効果を得ることができ、シュラウド部２１ｂとタービンホイール３０との接触を抑制することができる。
【００４４】
・上記実施形態では、ハウジング本体１０に内周部材２０を圧入固定することにより、断熱部４０を形成する構成を例示したが、他の構成によってもタービンハウジング１００に断熱部４０を形成することができる。たとえば、タービンハウジング１００の内部に断熱部４０を形成することができるのであれば、ハウジング本体１０と内周部材２０とを組み合わせる構成ではなく、タービンハウジング１００を一つの部材として形成する構成を採用してもよい。具体的には、ハウジング本体１０を形成する際に内周部材２０を鋳ぐるむことによってタービンハウジング１００に断熱部４０を形成する構成を採用することもできる。こうした構成を採用した場合においても、シュラウド部２１ｂと冷却水通路１２との間に断熱部４０が形成されていれば、上記実施形態と同様に断熱部４０による断熱効果を得ることができるため、シュラウド部２１ｂとタービンホイール３０との接触を抑制することができる。
【００４５】
・上記実施形態では、ハウジング本体１０に内周部材２０を組み付けたときに断熱部４０が形成される構成を例示した。しかし、断熱部４０を形成する構成はこれに限らない。たとえば、内周部材２０の内部に断熱部４０をあらかじめ形成しておき、断熱部４０を備えた内周部材２０をハウジング本体１０に組み付けるようにしてもよい。
【００４６】
たとえば、図４に示すように内周部材２０に当接壁２４を設けると、内周部材２０において外周面２２と当接壁２４との間に断熱部４０を形成することができる。ここでは、ハウジング内面１３の全体に当接壁２４が接している。
【００４７】
・上記実施形態では、閉塞された中空の空間として断熱部４０を形成したが、当該空間に断熱部材を充填して断熱部４０を形成してもよい。断熱部材によっても断熱効果が得られるため、シュラウド部２１ｂとタービンホイール３０とに生じる温度差を抑制し、シュラウド部２１ｂとタービンホイール３０との接触を抑制することができる。
【００４８】
また、このように断熱部材を充填した断熱部４０を形成する構成と、内周部材２０にあらかじめ断熱部４０を形成する構成とを組み合わせてもよい。この構成によれば、ハウジング本体１０に組み付ける前の内周部材２０に対して断熱部材を充填すればよいため、断熱部４０の形成を簡易な方法にて実現することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０…ハウジング本体、１１…スクロール通路、１２…冷却水通路、１３…ハウジング内面、２０…内周部材、２１…内周面、２１ａ…スクロール部、２１ｂ…シュラウド部、２１ｃ…傾斜部、２１ｄ…大径部、２２…外周面、２３ａ，２３ｂ…当接部、２４…当接壁、３０…タービンホイール、４０…断熱部、１００…タービンハウジング。
【図１】
2015124728.tif 000003
【図２】
2015124728.tif 000004
【図３】
2015124728.tif 000005
【図４】
2015124728.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月3日(2014.12.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
タービンホイールと、前記タービンホイールを収容するタービンハウジングと、を有するターボチャージャにおいて、
前記タービンハウジングには冷却水が循環する冷却水通路が形成されており、
前記タービンハウジングのうち前記タービンホイールに対向するシュラウド部と前記冷却水通路との間に断熱部が形成されたターボチャージャ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するためのターボチャージャは、タービンホイールと、前記タービンホイールを収容するタービンハウジングとを有するターボチャージャにおいて、前記タービンハウジングには冷却水が循環する冷却水通路が形成されており、前記タービンハウジングのうち前記タービンホイールに対向するシュラウド部と前記冷却水通路との間に断熱部が形成されたことをその要旨とする。