(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを導入するための入口部と、タービンホイールを収容するホイール収容部と、前記入口部に通じかつ前記ホイール収容部まで延びる渦巻き状のスクロール部と、前記ホイール収容部を通過したガスを排出するための出口部と、前記ホイール収容部を迂回できるように前記入口部と前記出口部とを結ぶバイパス通路部と、を備え、前記入口部から前記スクロール部までが、内側管状部材と外側管状部材との間に隙間が形成された状態でこれらが組み合わされた二重構造部として構成されたタービンハウジングにおいて、
前記二重構造部は前記隙間が前記入口部に通じることによりガスを導入可能に構成され、かつ前記バイパス通路部は前記二重構造部の前記隙間に通じるように構成されており、
前記二重構造部の前記内側管状部材は、前記スクロール部が前記タービンホイールの回転軸線方向に並ぶ二つの領域に区分されるように二つの管状部材にて構成されており、
前記バイパス通路部は、前記二つの管状部材のうちの前記出口部に近い側の管状部材と前記出口部とを結ぶ第１通路と、前記隙間と通じるように構成された第２通路とを有している、ことを特徴とするタービンハウジング。
【請求項２】
前記入口部の先端にはフランジ部が形成されており、前記二重構造部の前記外側管状部材が前記フランジ部に全周接合され、前記二つの管状部材のうちの前記出口部に近い側の管状部材が前記フランジ部又は前記外側管状部材の少なくとも一方に接合され、かつ前記二つの管状部材のうちの前記出口部に遠い側の管状部材が前記フランジ部から離間することにより前記隙間が前記入口部に通じている請求項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、ターボチャージャー等に組み込まれるタービンのタービンハウジングに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンハウジングとして、タービンの入口から導入されたガスの放熱を防止するため、入口部からスクロール部に亘って二重構造部とし、その二重構造部の内側管状部材と外側管状部材との間に隙間を形成するようにし、かつその隙間を入口部において閉鎖したものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２〜５が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０３９６２号公報
【特許文献２】特開２００１−３０３９６３号公報
【特許文献３】特開２００２−３４９２７５号公報
【特許文献４】特開２００２−３４９２７６号公報
【特許文献５】実開昭６１−４９０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のタービンハウジングは、タービンホイールへの過剰なガスの導入を回避するため、タービンホイールを収容するホイール収容部を迂回するようにして入口部と出口部とを結ぶバイパス通路が設けられている。そのバイパス通路は二重構造部の内側管状部材に溶接等で接合されている。このため、内側管状部材との接合部で応力集中が起こり易い。そのような応力集中の弊害を緩和するためには、バイパス通路の通路面積を抑えて接合部を小さくせざるを得ない。その結果、バイパス通路の通路面積を十分に大きくできないという制約が発生している。
【０００５】
そこで、本発明は、二重構造部の内側管状部材に発生する応力集中を回避することにより、バイパス通路の設計自由度を拡大できる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】
【０００６】
本発明のタービンハウジングは、ガスを導入するための入口部と、タービンホイールを収容するホイール収容部と、前記入口部に通じかつ前記ホイール収容部まで延びる渦巻き状のスクロール部と、前記ホイール収容部を通過したガスを排出するための出口部と、前記ホイール収容部を迂回できるように前記入口部と前記出口部とを結ぶバイパス通路部と、を備え、前記入口部から前記スクロール部までが、内側管状部材と外側管状部材との間に隙間が形成された状態でこれらが組み合わされた二重構造部として構成されたタービンハウジングにおいて、前記二重構造部は前記隙間が前記入口部に通じることによりガスを導入可能に構成され、かつ前記バイパス通路部は前記二重構造部の前記隙間に通じるように構成されており、前記二重構造部の前記内側管状部材は、前記スクロール部が前記タービンホイールの回転軸線方向に並ぶ二つの領域に区分されるように二つの管状部材にて構成されており、前記バイパス通路部は、前記二つの管状部材のうちの前記出口部に近い側の管状部材と前記出口部とを結ぶ第１通路と、前記隙間と通じるように構成された第２通路とを有していることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
このタービンハウジングは、内側管状部材と外側管状部材との間に形成される隙間が入口部に通じているため、入口部に導入されたガスがその隙間に導かれる。そして、その隙間にバイパス通路部が通じているので、バイパス通路が開通すると隙間に導かれたガスはバイパス通路部を経由して出口部へ排出される。バイパス通路が閉鎖した場合には、二重構造部の内外圧力差が生じないので入口部に導かれたガスは内側管状部材を通りタービンホイールを経由して出口部へ排出される。このタービンハウジングはバイパス通路部を内側管状部材に接合しなくてもこのような機能を実現できるので、バイパス通路部と内側管状部材との接合箇所における応力集中を考慮せずにバイパス通路部を設計できるようになる。つまり、バイパス通路部の通路面積を決める際の制約が緩和されるので、バイパス通路部の設計自由度を拡大することができる。
【０００９】
また、このタービンハウジングはいわゆるツインスクロール型のタービンハウジングとして構成され、内側管状部材としての二つの管状部材が外側管状部材の内側に並べられている。仮に、二つの管状部材のそれぞれに接続するバイパス通路部を形成する場合には、出口部から遠い側の管状部材と出口部とを結ぶ際に出口部に近い側の管状部材が邪魔になるのでバイパス通路部の取り回しが困難になる。その結果、バイパス通路部の経路が長くなる問題が生じる。このタービンハウジングによれば、出口部に近い側の管状部材と出口部とを結ぶ第１通路と、内側管状部材と外側管状部材との間に形成される隙間に通じるように構成された第２通路とを有しているので、出口部から遠い側の管状部材と出口部との間の通路の取り回しを考慮せずに第２通路を構成することができる。これにより、バイパス通路部の経路が長くなることを容易に防止できる。また、第２通路の構成が二つの管状部材の配置や形状に影響を及ぼさないので、管状部材の配置や形状を自由に設計することが可能になる。
【００１０】
本発明のタービンハウジングの一態様において、前記入口部の先端にはフランジ部が形成されており、前記二重構造部の前記外側管状部材が前記フランジ部に全周接合され、前記二つの管状部材のうちの前記出口部に近い側の管状部材が前記フランジ部又は前記外側管状部材の少なくとも一方に接合され、かつ前記二つの管状部材のうちの前記出口部に遠い側の管状部材が前記フランジ部から離間することにより前記隙間が前記入口部に通じていてもよい（請求項２）。この場合、出口部に近い側の管状部材と外側管状部材との間に形成される隙間が塞がれるためその隙間へのガス漏れを抑制できる。これにより、ツインスクロール型のタービンハウジングの利点が減じることを防止できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、バイパス通路部を内側管状部材に接合する必要がないので、バイパス通路部と内側管状部材との接合箇所における応力集中を考慮せずにバイパス通路部を設計できるようになる。即ち、バイパス通路部の通路面積を決める際の制約が緩和されるので、バイパス通路部の設計自由度を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の形態）
図１は本発明の第１の形態に係るタービンハウジングが組み込まれたタービンの要部を示した図、図２は図１の矢印IIの方向から見た状態を示した図、図３は図１のIII−III線に関する断面図である。タービン１Ａは内燃機関のターボチャージャーに組み込まれ、排気のエネルギを利用して不図示の遠心コンプレッサを回転駆動するために用いられる。タービン１Ａはタービンホイール２と、そのタービンホイール２を収容しかつ回転自在に支持するタービンハウジング（以下、ハウジングという。）３Ａとを備えている。タービンホイール２には図示しない複数のタービンブレードが周方向に設けられている。
【００１３】
ハウジング３Ａは排気等のガスを導入するための入口部４と、タービンホイール２を収容するホイール収容部５と、入口部４に通じかつホイール収容部５まで延びる渦巻き状のスクロール部６と、ホイール収容部５を通過したガスを排出するための出口部７と、ホイール収容部５を迂回できるように入口部４と出口部７とを結ぶバイパス通路部８と、バイパス通路部８を開閉する開閉弁９とを備えている。
【００１４】
ハウジング３Ａの入口部４からスクロール部６まではいわゆる二重構造部１０として構成されている。二重構造部１０は所定形状を持つ内側管状部材１１と外側管状部材１２とを有しており、これらの部材１１、１２は隙間Ｓが形成された状態で組み合わされている。内側管状部材１１及び外側管状部材１２はそれぞれステンレス鋼にて構成されている。
【００１５】
図２にも示すように、入口部４の先端には鋳鉄製のフランジ部１５が形成されており、そのフランジ部１５には外側管状部材１２が溶接等の接合手段にて全周接合されている。一方、内側管状部材１１はフランジ部１５（外側管状部材１２）から離間していて、隙間Ｓは入口部４に通じている。これにより、隙間Ｓはフランジ部１５において環状に開口する。そのため、ハウジング３Ａは内側管状部材１１の内部のみならずその隙間Ｓにもガスを導入できる。図３に示すように、バイパス通路部８は隙間Ｓに通じるように構成されている。即ち、バイパス通路部８は外側管状部材１２を貫いて隙間Ｓの側に開口している。なお、本形態では、外側管状部材１２は出口部７まで延びていて、出口部７の先端に形成されたフランジ部１６に溶接等の接合手段にて全周接合されている。
【００１６】
以上の構成により、開閉弁９が図３の実線の位置に保持されてバイパス通路部８が開通すると、隙間Ｓとバイパス通路部８とが通じるので、隙間Ｓに導かれたガスはバイパス通路部８を経由して出口部７へ排出される。一方、開閉弁９が図３の想像線の位置に保持されてバイパス通路部８が閉鎖されると、二重構造部１０の内外圧力差が生じないため、入口部４に導かれたガスは内側管状部材１１を通りタービンホイール２を経由して出口部７へ排出される。ハウジング３Ａはバイパス通路部８を内側管状部材１１に接合しなくてもこのような機能を実現できるので、バイパス通路部８と内側管状部材１１との接合箇所における応力集中を考慮せずにバイパス通路部８を設計できるようになる。つまり、バイパス通路部８の通路面積を決める際の制約が緩和されるので、バイパス通路部８の設計自由度を拡大することができる。また、内側管状部材１１がフランジ部１５に全周接合されていないので、内側管状部材１１とフランジ部１５との接合部における応力集中の発生を防止できる。
【００１７】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図４〜図７を参照して説明する。図４は本発明の第２の形態に係るタービンハウジングが組み込まれたタービンの要部を示した図、図５は図４のV−V線に関する断面を拡大した図、図６は図４の矢印VIの方向から見た状態を示した図、図７は図４のVII−VII線に関する断面図である。なお、第１の形態と共通する構成については、これらの図に同一の参照符号を付すことにより説明を省略する。
【００１８】
第２の形態に係るタービン１Ｂは第１の形態と同様にターボチャージャーに組み込まれて使用され、タービンハウジング（以下、ハウジングという。）３Ｂを備えている。図５から明らかなように、ハウジング３Ｂはいわゆるツインスクロール型のハウジングとして構成されている。ハウジング３Ｂは、ガスを導入するための入口部２１と、タービンホイール２を収容するホイール収容部２２と、入口部２１に通じかつホイール収容部２２まで延びる渦巻き状のスクロール部２３と、ホイール収容部２２を通過したガスを排出するための出口部２４と、ホイール収容部２２を迂回できるように入口部２１と出口部２４とを結ぶバイパス通路部２５と、バイパス通路部２５を開閉する開閉弁２６とを備えている。
【００１９】
第１の形態と同様に、ハウジング３Ｂは入口部２１からスクロール部２３までが二重構造部２７として構成されている。その二重構造部２７は所定形状を持ち、かつステンレス鋼にて構成された内側管状部材２８と外側管状部材２９とを有しており、これらの部材２８、２９は隙間Ｓが形成された状態で組み合わされている。内側管状部材２８は二つの管状部材２８Ａ、２８Ｂにて構成されている。図５に示すように、管状部材２８Ａ、２８Ｂはスクロール部２３をタービンホイール２の回転軸線方向に並ぶ二つの領域ＡＲ１、ＡＲ２に区分する。
【００２０】
図７に示すように、バイパス通路部２５は、出口部２４に近い側の管状部材２８Ａと出口部２４とを結ぶ第１通路２５Ａと、隙間Ｓと通じるように構成された第２通路２５Ｂとを有している。第１通路２５Ａは、外側管状部材２９と管状部材２８Ａとをそれぞれを貫いて管状部材２８Ａに開口している。図６及び図７に示すように、入口部２１の先端には鋳鉄製のフランジ部３０が形成されている。二重構造部２７の外側管状部材２９は溶接等の接合手段にてそのフランジ部３０に全周接合されている。出口部２４に近い側の管状部材２８Ａは外側管状部材２９に溶接等の接合手段にて接合されている。他方の管状部材２８Ｂはそのフランジ部３０（外側管状部材２９）からその一部が離間し、かつ残りの一部が外側管状部材２９に溶接等の接合手段にて接合されている。これにより隙間Ｓは入口部２１に通じることになる。図６に示すように、各管状部材２８Ａ、２８Ｂは、それらの開口がタービンホイール２の回転軸線方向（図６の上下方向）に並ぶように構成されている。なお、図７に示すように、本形態の外側管状部材２９は出口部２４まで延びていて、出口部２４の先端に形成された鋳鉄製のフランジ部３１に溶接等の接合手段にて全周接合されている。
【００２１】
以上の構成により、開閉弁２６が図７の実線の位置に保持されてバイパス通路部２５の第１通路２５Ａ及び第２通路２５Ｂがそれぞれ開通すると、出口部２４に近い側の管状部材２８Ａと第１通路２５Ａとが通じ、第１管状部材２８Ａに導かれたガスは第１通路２５Ａを経由して出口部２４に排出され、かつ隙間Ｓに導かれたガスは第２通路２５Ｂを経由して出口部２４に排出される。一方、開閉弁２６が図７の想像線の位置に保持されてバイパス通路部２５の各通路２５Ａ、２５Ｂが閉鎖されると、二重構造部２７の内外圧力差が生じないため、入口部２１に導かれたガスは各管状部材２８Ａ、２８Ｂを通りタービンホイール２を経由して出口部２４へ排出される。
【００２２】
第２の形態によれば、第１の形態と同様に、バイパス通路部２５の第２通路２５Ｂと出口部２４から遠い側の管状部材２８Ｂとが接合されていないためバイパス通路部２５の設計自由度を拡大することができる。また、バイパス通路部２５が二つ通路２５Ａ、２５Ｂを有し、これらのうちの第２通路２５Ｂが隙間Ｓに通じているので、出口部２４から遠い側の管状部材２８Ｂと出口部２４との間の通路の取り回しを考慮せずに第２通路２５Ｂを構成することができる。更に、出口部２４に近い側の管状部材２８Ａと外側管状部材２９との間に形成される隙間Ｓがフランジ部３０において塞がれるためその隙間Ｓへのガス漏れを抑制できる。これにより、ツインスクロール型のタービンハウジングの利点が減じることを防止できる。
【００２３】
（第３の形態）
次に、本発明の第３の形態を図８〜図１１を参照して説明する。図８は本発明の第３の形態に係るタービンハウジングが組み込まれたタービンの要部を示した図、図９は図８のIX−IX線に関する断面を拡大した図、図１０は図８の矢印Xの方向から見た状態を示した図、図１１は図８のXI−XI線に関する断面図である。なお、第１の形態と共通する構成については、これらの図に同一の参照符号を付すことにより説明を省略する。
【００２４】
第３の形態に係るタービン１Ｃは第１の形態と同様にターボチャージャーに組み込まれて使用され、タービンハウジング（以下、ハウジングという。）３Ｃを備えている。図９から明らかなように、ハウジング３Ｃは第２の形態と同様にいわゆるツインスクロール型のハウジングとして構成されている。ハウジング３Ｃは、ガスを導入するための入口部３２と、タービンホイール２を収容するホイール収容部３３と、入口部３２に通じかつホイール収容部３３まで延びる渦巻き状のスクロール部３４と、ホイール収容部３３を通過したガスを排出するための出口部３５と、ホイール収容部３３を迂回できるように入口部３２と出口部３５とを結ぶバイパス通路部３６と、バイパス通路部３６を開閉する開閉弁３７とを備えている。
【００２５】
第１及び第２の形態と同様に、ハウジング３Ｃは入口部３２からスクロール部３４までが二重構造部３８として構成されている。その二重構造部３８は所定形状を持ち、かつステンレス鋼にて構成された内側管状部材３９と外側管状部材４０とを有しており、これらの部材３９、４０は隙間Ｓが形成された状態で組み合わされている。内側管状部材３９は二つの管状部材３９Ａ、３９Ｂにて構成されている。図９に示すように、管状部材３９Ａ、３９Ｂはスクロール部３４をタービンホイール２の回転軸線方向に並ぶ二つの領域ＡＲ１、ＡＲ２に区分する。
【００２６】
図１１に示すように、バイパス通路部３６は、出口部３５に近い側の管状部材３９Ａと出口部３５とを結ぶ第１通路３６Ａと、隙間Ｓと通じるように構成された第２通路３６Ｂとを有している。第１通路３６Ａは外側管状部材４０と出口部３５に近い側の管状部材３９Ａとをそれぞれを貫いて管状部材３９Ａに開口している。入口部３２の先端には鋳鉄製のフランジ部４１が形成されている。図１０及び図１１示すように、二重構造部３８の外側管状部材４０は溶接等の接合手段にてそのフランジ部４１に全周接合されている。出口部３５に近い側の管状部材３９Ａは外側管状部材４０に溶接等の接合手段にて接合されている。他方の管状部材３９Ｂはそのフランジ部４１（外側管状部材４０）からその一部が離間し、かつ残りの一部が外側管状部材４０に溶接等の接合手段にて接合されている。これにより隙間Ｓは入口部３２に通じることになる。図１０に示すように、各管状部材３９Ａ、３９Ｂは、それらの開口がタービンホイール２の回転軸線方向に対して直交する方向（図１０の左右方向）に並ぶように構成されている。つまり、図１１に示すように、各管状部材３９Ａ、３９Ｂは入口部３２からスクロール部３４に至るまでに略９０°捻られた状態で外側管状部材４０の内部に配置されている。なお、本形態の外側管状部材４０は出口部３５まで延びていて、出口部３５の先端に形成された鋳鉄製のフランジ部４２に溶接等の接合手段にて全周接合されている。
【００２７】
以上の構成により、開閉弁３７が図１１の実線の位置に保持されてバイパス通路部３６の第１通路３６Ａ及び第２通路３６Ｂがそれぞれ開通すると、出口部３５に近い側の管状部材３９Ａと第１通路３６Ａとが通じ、第１管状部材３９Ａに導かれたガスは第１通路３６Ａを経由して出口部３５に排出され、かつ隙間Ｓに導かれたガスは第２通路３６Ｂを経由して出口部３５に排出される。一方、開閉弁３７が図１１の想像線の位置に保持されてバイパス通路部３６の各通路３６Ａ、３６Ｂが閉鎖されると、二重構造部３８の内外圧力差が生じないため、入口部３２に導かれたガスは各管状部材３９Ａ、３９Ｂを通りタービンホイール２を経由して出口部３５へ排出される。
【００２８】
第３の形態によれば、第２の形態と同等の効果を発揮できる。即ち、バイパス通路部３６の第２通路３６Ｂと出口部３５から遠い側の管状部材３９Ｂとが接合されていないためバイパス通路部３６の設計自由度を拡大することができる。また、バイパス通路部３６が二つ通路３６Ａ、３６Ｂを有し、これらのうちの第２通路３６Ｂが隙間Ｓに通じているので、出口部３５から遠い側の管状部材３９Ｂと出口部３５との間の通路の取り回しを考慮せずに第２通路３６Ｂを構成することができる。更に、出口部３５に近い側の管状部材３９Ａと外側管状部材４０との間に形成される隙間Ｓがフランジ部４１において塞がれるためその隙間Ｓへのガス漏れを抑制できる。これにより、ツインスクロール型のタービンハウジングの利点が減じることを防止できる。
【００２９】
本発明は以上の各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。本発明に係るタービンハウジングは必ずしもターボチャージャーに組み込まれるタービンに適用されることを前提とするものではない。従って、本発明のタービンハウジングを何らかの用途に利用されるタービンに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の形態に係るタービンハウジングが組み込まれたタービンの要部を示した図。
【図２】図１の矢印IIの方向から見た状態を示した図。
【図３】図１のIII−III線に関する断面図。
【図４】本発明の第２の形態に係るタービンハウジングが組み込まれたタービンの要部を示した図。
【図５】図４のV−V線に関する断面を拡大した図。
【図６】図４の矢印VIの方向から見た状態を示した図。
【図７】図４のVII−VII線に関する断面図。
【図８】本発明の第３の形態に係るタービンハウジングが組み込まれたタービンの要部を示した図。
【図９】図８のIX−IX線に関する断面を拡大した図。
【図１０】図８の矢印Xの方向から見た状態を示した図。
【図１１】図８のXI−XI線に関する断面図。
【符号の説明】
【００３１】
２  タービンホイール
３Ａ〜３Ｃ  タービンハウジング
４  入口部
５  ホイール収容部
６  スクロール部
７  出口部
８  バイパス通路部
１０  二重構造部
１１  内側管状部材
１２  外側管状部材
１５  フランジ部
２１  入口部
２２  ホイール収容部
２３  スクロール部
２４  出口部
２５  バイパス通路部
２５Ａ  第１通路
２５Ｂ  第２通路
２７  二重構造部
２８  内側管状部材
２８Ａ、２８Ｂ  管状部材
２９  外側管状部材
３０  フランジ部
３２  入口部
３３  ホイール収容部
３４  スクロール部
３５  出口部
３６  バイパス通路部
３６Ａ  第１通路
３６Ｂ  第２通路
３８  二重構造部
３９  内側管状部材
３９Ａ、３９Ｂ  管状部材
４０  外側管状部材
４１  フランジ部
Ｓ  隙間
ＡＲ１、ＡＲ２  領域
【図１】
0004875009.tif 000002
【図２】
0004875009.tif 000003
【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】
0004875009.tif 000009
【図９】
0004875009.tif 000010
【図１０】
0004875009.tif 000011
【図１１】
0004875009.tif 000012