JP6863017B2

JP6863017B2 - Turbine housing and turbocharger

Info

Publication number: JP6863017B2
Application number: JP2017073728A
Authority: JP
Inventors: 岳夫青木; 和貴大石
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2021-04-21
Anticipated expiration: 2037-04-03
Also published as: JP2018178727A

Description

本発明は、内燃機関の過給に用いられるタービンハウジングおよびターボチャージャーに関する。 The present invention relates to a turbine housing and a turbocharger used for supercharging an internal combustion engine.

従来、車両の内燃機関においては、過給機としてターボチャージャーを設けたものが知られている。ターボチャージャーには、排気ガスを取り込むことで、排気ガスのエネルギーを機械的動力に変換するタービンが設けられている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, in the internal combustion engine of a vehicle, one provided with a turbocharger as a supercharger is known. The turbocharger is provided with a turbine that converts the energy of the exhaust gas into mechanical power by taking in the exhaust gas (see, for example, Patent Document 1).

図１に示すように、タービン１０は、排気ガスが取り込まれるタービンハウジング１１と、タービンハウジング１１内の収容部１１Ａに回転可能に収容されるタービンインペラ１２とを有する。 As shown in FIG. 1, the turbine 10 has a turbine housing 11 in which exhaust gas is taken in, and a turbine impeller 12 rotatably housed in a housing portion 11A in the turbine housing 11.

特開２０１６−２１１５１２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-21512

しかしながら、タービンハウジング１１内に取り込まれる排気ガスは高温であるため、タービンハウジング１１が熱膨張した場合、その熱膨張に起因して、タービンハウジング１１が動いてしまう場合がある。図１では、矢印の方向にタービンハウジング１１が動く例を示している。 However, since the exhaust gas taken into the turbine housing 11 has a high temperature, when the turbine housing 11 is thermally expanded, the turbine housing 11 may move due to the thermal expansion. FIG. 1 shows an example in which the turbine housing 11 moves in the direction of the arrow.

タービンハウジング１１が動いてしまうと、収容部１１Ａを形成する壁とタービンインペラ１２との間隔が縮まって、収容部１１Ａとタービンインペラ１２とが干渉してしまうおそれがあった。 If the turbine housing 11 moves, the distance between the wall forming the accommodating portion 11A and the turbine impeller 12 may be shortened, and the accommodating portion 11A and the turbine impeller 12 may interfere with each other.

本発明の目的は、タービンハウジングの熱膨張に起因して、収容部を形成する壁とタービンインペラとが干渉することを抑制することが可能なタービンハウジングおよびターボチャージャーを提供することである。 An object of the present invention is to provide a turbine housing and a turbocharger capable of suppressing interference between a wall forming an accommodating portion and a turbine impeller due to thermal expansion of the turbine housing.

本発明に係るタービンハウジングは、
内部に排気ガスが入り込む排気入口と、前記排気入口から入り込んだ前記排気ガスがタービンインペラの回転に沿って周回する流路とを有する本体部と、
前記本体部に設けられ、前記タービンインペラを収容する円形状の収容部と、
を備え、
前記収容部を形成する壁は、第１壁と、前記第１壁よりも熱膨張係数が大きく、かつ、前記本体部において相対的に温度が低くなる位置に対応した位置に位置する第２壁とを有し、
前記第２壁は、前記収容部における、前記タービンインペラの回転方向における前記流路の最下流側に対応する部分側に位置する。
The turbine housing according to the present invention is
A main body having an exhaust inlet through which the exhaust gas enters, and a flow path through which the exhaust gas entering from the exhaust inlet circulates along the rotation of the turbine impeller.
A circular accommodating portion provided in the main body portion and accommodating the turbine impeller, and
With
The walls forming the accommodating portion are the first wall and the second wall located at a position corresponding to a position where the coefficient of thermal expansion is larger than that of the first wall and the temperature is relatively low in the main body portion. It has a door,
The second wall is located on the portion side of the accommodating portion corresponding to the most downstream side of the flow path in the rotation direction of the turbine impeller .

本発明に係るターボチャージャーは、
上記したタービンハウジングと、
回転可能なタービンインペラと、
を備える。 The turbocharger according to the present invention is
With the above turbine housing
With a rotatable turbine impeller,
To be equipped.

本発明によれば、タービンハウジングの熱膨張に起因して、収容部を形成する壁とタービンインペラとが干渉することを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the wall forming the accommodating portion from interfering with the turbine impeller due to the thermal expansion of the turbine housing.

従来例におけるタービンを示す図である。It is a figure which shows the turbine in the conventional example. 本実施の形態に係るタービンハウジングを備えるターボチャージャーおよびその周辺構造を示す図である。It is a figure which shows the turbocharger provided with the turbine housing which concerns on this embodiment, and the peripheral structure thereof. 本実施の形態に係るタービンハウジングを有するタービンを示す図である。It is a figure which shows the turbine which has the turbine housing which concerns on this embodiment.

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本実施の形態に係るタービンハウジング１２１を備えるターボチャージャー１００およびその周辺構造を示す図である。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing a turbocharger 100 including the turbine housing 121 according to the present embodiment and its peripheral structure.

図２に示すように、ターボチャージャー１００は、内燃機関１の吸気管２の途中に配設されたコンプレッサ１１０と、内燃機関１の排気管３の途中に配設されたタービン１２０とを備えている。 As shown in FIG. 2, the turbocharger 100 includes a compressor 110 arranged in the middle of the intake pipe 2 of the internal combustion engine 1 and a turbine 120 arranged in the middle of the exhaust pipe 3 of the internal combustion engine 1. There is.

コンプレッサ１１０は、コンプレッサハウジング１１１と、コンプレッサインペラ１１２とを有する。タービン１２０は、タービンハウジング１２１と、タービンインペラ１２２とを有する。 The compressor 110 has a compressor housing 111 and a compressor impeller 112. The turbine 120 has a turbine housing 121 and a turbine impeller 122.

コンプレッサインペラ１１２とタービンインペラ１２２とは回転軸１３０を介して一体に回転するように構成されている。 The compressor impeller 112 and the turbine impeller 122 are configured to rotate integrally via a rotating shaft 130.

また、図３に示すように、タービンハウジング１２１は、本体部１２１Ａと、タービンインペラ１２２と小さなクリアランスを形成する収容部１２１Ｂとを有する。 Further, as shown in FIG. 3, the turbine housing 121 has a main body portion 121A and a housing portion 121B forming a small clearance with the turbine impeller 122.

本体部１２１Ａは、内部に排気ガスＧが入り込む排気入口１２１Ｃと、排気入口１２１Ｃから入り込んだ排気ガスＧがタービンインペラ１２２の回転に沿って周回する流路（破線矢印参照）とを有する。 The main body 121A has an exhaust inlet 121C into which the exhaust gas G enters, and a flow path (see the broken arrow) in which the exhaust gas G entering from the exhaust inlet 121C circulates along the rotation of the turbine impeller 122.

このように本体部１２１Ａが形成されることで、排気管３における排気ガスがタービンハウジング１２１内に送り込まれてタービンインペラ１２２が回転する。これに伴って、コンプレッサインペラ１１２が回転する。 By forming the main body portion 121A in this way, the exhaust gas in the exhaust pipe 3 is sent into the turbine housing 121, and the turbine impeller 122 rotates. Along with this, the compressor impeller 112 rotates.

コンプレッサインペラ１１２の回転により、吸気管２から吸気した空気が圧縮されて内燃機関１の燃焼室に送り込まれる。これにより、燃焼室の空気温度が高くなり、ひいては燃焼状態が良好な状態となる。このようにターボチャージャー１００は、排気ガスをタービン１２０に取り込んで、排気ガスのエネルギーを機械的動力に変換することにより、内燃機関１における燃焼効率を向上させる。 The rotation of the compressor impeller 112 compresses the air taken in from the intake pipe 2 and sends it into the combustion chamber of the internal combustion engine 1. As a result, the air temperature in the combustion chamber rises, and as a result, the combustion state becomes good. In this way, the turbocharger 100 improves the combustion efficiency in the internal combustion engine 1 by taking the exhaust gas into the turbine 120 and converting the energy of the exhaust gas into mechanical power.

ところで、タービンハウジング１２１の本体部１２１Ａに入り込む排気ガスは高温であるため、本体部１２１Ａは排気ガスに起因して熱膨張する場合がある。本体部１２１Ａが熱膨張すると、その熱膨張に起因して本体部１２１Ａが動いてしまう場合がある。 By the way, since the exhaust gas entering the main body 121A of the turbine housing 121 has a high temperature, the main body 121A may thermally expand due to the exhaust gas. When the main body 121A thermally expands, the main body 121A may move due to the thermal expansion.

熱膨張に起因して本体部１２１Ａが変形する例としては、例えば、本体部１２１Ａの部位によって温度が異なる場合が挙げられる。 As an example of deformation of the main body 121A due to thermal expansion, for example, there is a case where the temperature differs depending on the part of the main body 121A.

本体部１２１Ａの温度は、排気ガスＧの温度に対して低いため、排気ガスＧは、排気入口１２１Ｃから本体部１２１Ａ内に入り込んだ後、タービンハウジング１２１の流路の下流側に行くほど温度が下がっていく。 Since the temperature of the main body 121A is lower than the temperature of the exhaust gas G, the temperature of the exhaust gas G becomes higher toward the downstream side of the flow path of the turbine housing 121 after entering the main body 121A from the exhaust inlet 121C. It goes down.

図３の場合、本体部１２１Ａの上部が、排気ガスＧの流路の最下流側に相当するため、その他の部位に対して温度が低くなる。このように本体部１２１Ａの部位によって温度差が生じてしまうことにより、本体部１２１Ａの部位における熱膨張の度合いが異なる。 In the case of FIG. 3, since the upper portion of the main body portion 121A corresponds to the most downstream side of the flow path of the exhaust gas G, the temperature is lower than that of the other portions. As described above, the temperature difference occurs depending on the portion of the main body portion 121A, so that the degree of thermal expansion in the portion of the main body portion 121A differs.

具体的には、本体部１２１Ａの上部は、本体部１２１Ａのその他の部分に対して熱膨張による変形が小さくなる。そのため、本体部１２１Ａの下部の熱膨張による変形に起因して、本体部１２１Ａの上部が影響を受け変形してしまう場合がある。 Specifically, the upper portion of the main body portion 121A is less deformed by thermal expansion with respect to the other parts of the main body portion 121A. Therefore, the upper part of the main body 121A may be affected and deformed due to the deformation of the lower part of the main body 121A due to thermal expansion.

それに対し、タービンインペラ１２２は、回転軸１３０がコンプレッサインペラ１１２と同軸に設けられているため、その回転中心Ｃが固定されている。そのため、本体部１２１Ａが動いてしまうと、収容部１２１Ｂを形成する壁と、タービンインペラ１２２との間隔が縮まってしまい、収容部１２１Ｂを形成する壁とタービンインペラ１２２とが干渉してしまうおそれがあった。 On the other hand, in the turbine impeller 122, since the rotation shaft 130 is provided coaxially with the compressor impeller 112, the rotation center C thereof is fixed. Therefore, if the main body portion 121A moves, the distance between the wall forming the accommodating portion 121B and the turbine impeller 122 may be shortened, and the wall forming the accommodating portion 121B and the turbine impeller 122 may interfere with each other. there were.

そこで、本実施の形態では、収容部１２１Ｂを形成する壁が、第１壁１２１Ｄと、第１壁１２１Ｄよりも熱膨張係数が大きい第２壁１２１Ｅとを有する。第２壁１２１Ｅは、本体部１２１Ａにおいて相対的に温度が低くなる位置に対応した位置に位置する。 Therefore, in the present embodiment, the wall forming the accommodating portion 121B has a first wall 121D and a second wall 121E having a coefficient of thermal expansion larger than that of the first wall 121D. The second wall 121E is located at a position corresponding to a position where the temperature is relatively low in the main body 121A.

つまり、第２壁１２１Ｅは、収容部１２１Ｂにおける、タービンインペラ１２２の回転方向における流路の最下流側に対応する部分側に位置する。 That is, the second wall 121E is located on the portion side of the accommodating portion 121B corresponding to the most downstream side of the flow path in the rotation direction of the turbine impeller 122.

本体部１２１Ａの上部は、相対的に温度が低くなる部位であり、熱膨張による変形が小さくなる部位であるが、収容部１２１Ｂを形成する第２壁１２１Ｅの熱膨張係数を第１壁１２１Ｄより大きくすることにより、第２壁１２１Ｅの部分の変形量を第１壁１２１Ｄの部分の変形量に近づける、又は、同等の変形量とすることができる。 The upper part of the main body portion 121A is a portion where the temperature is relatively low and the deformation due to thermal expansion is small, but the coefficient of thermal expansion of the second wall 121E forming the accommodating portion 121B is higher than that of the first wall 121D. By increasing the amount, the amount of deformation of the portion of the second wall 121E can be made closer to or the same amount of deformation of the portion of the first wall 121D.

その結果、本体部１２１Ａにおける熱膨張に起因する変形量を、全体として略同様の変形量とすることができるので、収容部１２１Ｂを形成する壁とタービンインペラ１２２とが干渉することを抑制することができる。 As a result, the amount of deformation caused by thermal expansion in the main body portion 121A can be set to substantially the same amount of deformation as a whole, so that interference between the wall forming the accommodating portion 121B and the turbine impeller 122 can be suppressed. Can be done.

また、第１壁１２１Ｄおよび第２壁１２１Ｅの熱膨張係数は、排気ガスＧが流路を周回する際、本体部１２１Ａに熱膨張差が生じないように設定されることが望ましい。このようにすることで、本体部１２１Ａにおける熱膨張の程度を全体として均一にすることができる。 Further, it is desirable that the coefficient of thermal expansion of the first wall 121D and the second wall 121E is set so that the thermal expansion difference does not occur in the main body portion 121A when the exhaust gas G goes around the flow path. By doing so, the degree of thermal expansion in the main body 121A can be made uniform as a whole.

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 In addition, the above-described embodiments are merely examples of embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from its gist or its main features.

本開示のタービンハウジングは、タービンハウジングの熱膨張に起因して、収容部を形成する壁とタービンインペラとが干渉することを抑制することが可能なタービンハウジングおよびターボチャージャーとして有用である。 The turbine housing of the present disclosure is useful as a turbine housing and a turbocharger capable of suppressing interference between a wall forming an accommodating portion and a turbine impeller due to thermal expansion of the turbine housing.

１００ターボチャージャー
１１０コンプレッサ
１１１コンプレッサハウジング
１１２コンプレッサインペラ
１２０タービン
１２１タービンハウジング
１２１Ａ本体部
１２１Ｂ収容部
１２１Ｃ排気入口
１２１Ｄ第１壁
１２１Ｅ第２壁
１２２タービンインペラ 100 Turbocharger 110 Compressor 111 Compressor Housing 112 Compressor Impeller 120 Turbine 121 Turbine Housing 121A Main Body 121B Containment Unit 121C Exhaust Inlet 121D 1st Wall 121E 2nd Wall 122 Turbine Impeller

Claims

A main body having an exhaust inlet through which the exhaust gas enters, and a flow path through which the exhaust gas entering from the exhaust inlet circulates along the rotation of the turbine impeller.
A circular accommodating portion provided in the main body portion and accommodating the turbine impeller, and
With
The walls forming the accommodating portion are the first wall and the second wall located at a position corresponding to a position where the coefficient of thermal expansion is larger than that of the first wall and the temperature is relatively low in the main body portion. It has a door,
The second wall is located on the portion side of the accommodating portion corresponding to the most downstream side of the flow path in the rotation direction of the turbine impeller.
Turbine housing.

The coefficient of thermal expansion of the first wall and the second wall is set so that a difference in thermal expansion does not occur in the main body when the exhaust gas goes around the flow path.
The turbine housing according to claim 1.

The turbine housing according to claim 1 or 2.
With a rotatable turbine impeller,
A turbocharger equipped with.