タービンハウジング
【課題】内側ハウジングとこの内側ハウジングを隙間を介して覆う外側ハウジングとを備えたターボ過給機のタービンハウジングにおいて、タービンの効率の低下を防ぐことを可能にする。
【解決手段】タービンハウジング１０は、内側ハウジング２４と、該内側ハウジング２４を隙間Ｇを介して覆う外側ハウジング２６とを備えていて、前記内側ハウジング２４はスクロール室Ｓ２の軸方向中間部分に内側分割部Ｐ１を有し、前記外側ハウジング２６は前記スクロール室Ｓ２の軸方向中間部分に外側分割部Ｐ２を有している。タービンハウジング１０では、前記隙間Ｇを保ったまま、前記内側ハウジング２４と前記外側ハウジング２６とを前記スクロール室Ｓ２の軸方向中間部分において連結する連結部材４２を、前記内側分割部Ｐ１および前記外側分割部Ｐ２に挟みつつ接合している。
【解決手段】タービンハウジング１０は、内側ハウジング２４と、該内側ハウジング２４を隙間Ｇを介して覆う外側ハウジング２６とを備えていて、前記内側ハウジング２４はスクロール室Ｓ２の軸方向中間部分に内側分割部Ｐ１を有し、前記外側ハウジング２６は前記スクロール室Ｓ２の軸方向中間部分に外側分割部Ｐ２を有している。タービンハウジング１０では、前記隙間Ｇを保ったまま、前記内側ハウジング２４と前記外側ハウジング２６とを前記スクロール室Ｓ２の軸方向中間部分において連結する連結部材４２を、前記内側分割部Ｐ１および前記外側分割部Ｐ２に挟みつつ接合している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタービンハウジングに係り、特に、内側ハウジングとこの内側ハウジングを隙間を介して覆う外側ハウジングとを備えたターボ過給機のタービンハウジングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ過給機のタービンハウジングとしては鋳造製のものが一般的である。これに対して、鋼板のプレス成形品により作製されるタービンハウジングも例えば特許文献１により提案されている。このものは、耐熱薄板鋼板で作製された内側ハウジングと外側ハウジングとが備えられ、内側ハウジングを隙間を介して外側ハウジングにより覆う構造となっている。このタービンハウジングにおいては、外側ハウジングと内側ハウジングとが、所定の間隔をおいて金属メッシュからなる複数の係止部材により、その大部分が互いに離隔するように保持されている。
【０００３】
さらには、特許文献２には、鋼板のプレス成形品により作製されるタービンハウジングの他の一例が開示されている。このものにおいては、外側ハウジングにより隙間を介して被包される内側ハウジングが半割状となるように分割形成され、その半割状に分割形成されたもの同士はスライド可能な状態で組み合わされて開閉可能となるようにされている。これら内側ハウジングと外側ハウジングとの間には、その間の隙間を所定間隔で保持するためにＳＵＳメッシュが介在されている。
【０００４】
一方、スクロール室に向けて突出した部材を有するタービンハウジングも提案されている。例えば、特許文献３には、鋳造製のタービンハウジングの内壁面にセラミック断熱層を介して薄板成形体を配置し、通路面積が異なるタービンスクロールを形成するようにタービンハウジングからノズル部まで伸長した平板を設け、これによりスクロール室を二分割するようにしたタービンハウジングが開示されている。このものでは、薄板成形体と平板との接合部を、タービンハウジング作製時の鋳造により溶解させ、それらを一体的に融合するようにしている。また、特許文献４には、タービンハウジング本体の左右部分により挟持した仕切板をその左右部分と共に溶接するようにしたタービンハウジングが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９３７７９号公報
【特許文献２】特開２００２−３４９２７５号公報
【特許文献３】特開昭６３−１１１２３４号公報
【特許文献４】実開昭６４−５１７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
間に隙間のある二重殻構造を有するタービンハウジングにおいては、排気ガスの熱による膨張や収縮により内側ハウジングが熱疲労等するのを低減するべく、例えば、内側ハウジングを構成する部材の端部などを自由にスライド可能にするのが好ましい。一方、このようにすると、長い間の使用により内側ハウジングにそのような膨張や収縮が繰り返し生じることで、内側ハウジングと外側ハウジングとの位置関係にずれが生じ、それらの間の隙間の大きさなどが変化する虞がある。このような事態が生じると、タービンの効率を高性能に維持するのは難しくなる場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、内側ハウジングとこの内側ハウジングを隙間を介して覆う外側ハウジングとを備えたターボ過給機のタービンハウジングにおいて、タービンの効率の低下を防ぐことを可能にするタービンハウジングを提供することを目的とする。
【０００８】
なお、上記特許文献３および上記特許文献４に記載のものは、共に、間に隙間のある二重殻構造を有するタービンハウジングではない。すなわち、それらにおいてはスクロール室の外側に隙間が保たれない。したがって、それらは上記問題点を解消するものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るタービンハウジングは、内側ハウジングと、該内側ハウジングを隙間を介して覆う外側ハウジングとを備えたタービンハウジングにおいて、前記内側ハウジングはスクロール室の軸方向中間部分に内側分割部を有し、前記外側ハウジングは前記スクロール室の軸方向中間部分に外側分割部を有し、前記隙間を保ったまま、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとを前記スクロール室の軸方向中間部分において連結する連結部材を、前記内側分割部および前記外側分割部に挟みつつ接合するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、前記隙間を保ったまま、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとをスクロール室の軸方向中間部分において連結する連結部材が、前記内側分割部および前記外側分割部にて挟みつつ接合されるので、所定の間隔を保ちつつ外側ハウジング内に内側ハウジングが連結部材を介して固定される。その結果、内側ハウジングがスライド可能な自由な部分を有している状態で、排気ガスの熱によって内側ハウジングに膨張や収縮が繰り返し生じても、内側ハウジングと外側ハウジングとの位置関係はずれることが防止される。すなわち、それらの間の隙間の大きさなどは変わらずに保たれることになる。したがって、タービンの効率の低下を防ぐことが可能になる。
【００１１】
好ましくは、前記連結部材は、プレート状である。連結部材はプレート状であるので、内側分割部や外側分割部に挟まれて接合されると、スクロール室の軸方向中間部分の広範囲にわたって外側ハウジング内に内側ハウジングがしっかりと固定されることになる。
【００１２】
さらに、この場合、前記連結部材は、前記内側ハウジングの内方に延び、軸方向に二分割するように前記スクロール室を仕切り、該スクロール室をツインスクロール形状になすようにしても良い。これにより、容易に、且つ安価に、ツインスクロール形状のスクロール室を有するタービンハウジングを形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。なお以下の実施形態に係るタービンハウジングは、車両用ターボ過給機のラジアル形タービンに適用されるものである。
【００１４】
図１から図４に、第一実施形態のタービンハウジング１０の外観図を示す。図１はタービンハウジング１０の右側面図であり、図２はその左側面図であり、図３はその正面図であり、図４はその背面図である。図１および図２に白抜き矢印で排気ガスの流れを示す。エンジン（図示せず）からの排気ガスは、図１、２中下方の入口１２からタービンハウジング１０内に入り、タービンハウジング１０内で直角に向きを変え、タービン軸方向に沿って出口１４からタービンハウジング１０外に排出される。入口１２付近には入口側フランジ部１６が設けられ、入口側フランジ部１６はエンジン側の排気管または排気マニホールド（図示せず）との接続に利用される。出口１４付近には出口側フランジ部１８が設けられ、出口側フランジ部１８はその下流側の排気管（図示せず）との接続に利用される。またセンターハウジング２０（図６参照）との接続に利用されるセンターフランジ部２２も設けられている。
【００１５】
タービンハウジング１０の断面図を図５および図６に示す。図５は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図、換言すると、タービン軸Ｌに直交する面で切断した断面図である。なお、図５には、内側ハウジング２４と、外側ハウジング２６と、そして入口側フランジ部１６を示している。図６は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図、換言すると、タービン軸Ｌを含む面で切断した断面図である。
【００１６】
これらの図から理解されるように、タービンハウジング１０は、ともにプレス成形可能な板金製の内側ハウジング２４および外側ハウジング２６を備え、いわゆる二重殻構造とされている。内側ハウジング２４は、ハウジング内部の排気ガスの流路を実質的に区画形成する。外側ハウジング２６は、内側ハウジング２４を隙間Ｇを介して覆い、内側ハウジング２４を保護すると同時に断熱し、且つタービンハウジング１０としての剛性を高める役割も担う外殻ないし構造体をなしている。内側ハウジング２４によって主として区画される排気ガスの流路は、上流側から順に、入口１２、助走室Ｓ１、スクロール室Ｓ２、タービンホイール室Ｓ３、出口室Ｓ４および出口１４とから構成されている。スクロール室Ｓ２の半径方向内側にタービンホイール室Ｓ３が形成され、タービンホイール室Ｓ３にはタービンホイール２８（図６参照）が回転可能に収容される。
【００１７】
ただし、本第一実施形態では、後述するように、入口１２は第一入口１２ａと第二入口１２ｂとからなり、助走室Ｓ１は第一助走室Ｓ１ａと第二助走室Ｓ１ｂとからなり、またスクロール室Ｓ２は第一スクロール室Ｓ２ａと第二スクロール室Ｓ２ｂとからなっている。
【００１８】
図６に示されるように、センターハウジング２０の一端にタービンハウジング１０のセンターフランジ部２２が接続固定される。この固定には図示されるような断面コ字状且つリング状の締結具３０が用いられる。センターハウジング２０の他端には図示しないコンプレッサハウジングが接続固定され、コンプレッサハウジングには、タービン軸３２によりタービンホイール２８と同軸連結されたコンプレッサホイールが収容される。
【００１９】
本第一実施形態の内側ハウジング２４は、第一内側ハウジング部材３４と、第二内側ハウジング部材３６と、第一助走部材３８と、そして第二助走部材４０との四つの部材から分割形成されている。第一内側ハウジング部材３４と、第二内側ハウジング部材３６とは、後述するプレート状部材４２を間に挟みつつ接合される（図６参照）。これにより、第一内側ハウジング部材３４と第二内側ハウジング部材３６との内側にスクロール室Ｓ２が区画形成される。一方、本第一実施形態では、スクロール室Ｓ２の上流側に連通する助走室Ｓ１が第一助走部材３８と第二助走部材４０との２つの部材により区画形成される。
【００２０】
内側ハウジング２４は、スクロール室Ｓ２のタービン軸Ｌの方向の中間部分（以下、「軸方向中間部分」と称し得る。）に分割部Ｐ１を有していて、この分割部Ｐ１でスクロール室Ｓ２を形成する第一内側ハウジング部材３４と第二内側ハウジング部材３６とは分割される。第一内側ハウジング部材３４と第二内側ハウジング部材３６とのタービン軸Ｌに沿った分割位置は、スクロール室Ｓ２の最外径位置付近であり、スクロール室Ｓ２を半割りするような位置である。概ねタービン軸Ｌに直交する面上に位置する分割部Ｐ１は、第一内側ハウジング部材３４の第一内側分割部３４Ｐと、第二内側ハウジング部材３６の第二内側分割部３６Ｐとからなっていて、後で詳述するプレート状部材４２がこれらの間、すなわち分割部Ｐ１に挟まれて接合されている（図６参照）。以下、本明細書において、内側ハウジング２４における分割部Ｐ１を、「内側分割部」と称する。なお、第一内側ハウジング部材３４は第二内側ハウジング部材３６よりもタービン軸Ｌの方向の出口先端側に位置される。
【００２１】
第一内側ハウジング部材３４と第二内側ハウジング部材３６とは、それぞれ金属の板材料をプレス成形することで作製される。すなわちそれらは板金製であるので、これらの作製は比較的容易に且つ安価に行うことができる。金属板材料の厚さは、例えば０．４ｍｍから２．０ｍｍとされ、外側ハウジング２６をなす金属板材料よりも薄いものが使用される。第一内側ハウジング部材３４および第二内側ハウジング部材３６の金属板材料は、耐食性および耐熱性に優れたものが採用され、例えばステンレス鋼、好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。
【００２２】
図５に示されるように、内側ハウジング２４には、助走室Ｓ１からスクロール室Ｓ２への排気ガスの流路を形作るように、舌片状のタングＴが設けられている。当該タングＴは、図７に示されるように、第一および第二内側ハウジング部材３４、３６に形成された凸平面状のタング部４４、４６を、プレート状部材４２を介して、互いの対向面４４ａ、４６ａで接合させ、溶接等により固定して形成される。そのようにして接合されるプレート状部材４２の端部は、タング部４４、４６の嵌め合いが良好に行われるような段形状にされている（図７参照）。図５の断面図にプレート状部材４２を重ねて示した図、すなわち対向面４４ａにプレート状部材４２を当接させた図を図８に示す。図８から、プレート状部材４２はスクロール室Ｓ２を軸方向に二分割することが明らかである。
【００２３】
内側分割部Ｐ１に挟まれて接合される連結部材として、本第一実施形態では、上記プレート状部材４２が用いられている。プレート状部材４２は、環状であり、外側ハウジング２６から外部にわずかに突出する大きさを有すると共に、中央付近にタービンホイール２８の外径、すなわちその回転輪郭の径よりも若干大きな径の貫通孔４２ａを有している。したがって、図６に示すように、タービンハウジング１０内にタービンホイール２８が収容された状態で、貫通孔４２ａ内には、タービンホイール２８が回転可能に位置される。プレート状部材４２は、スクロール室Ｓ２の軸方向中間部分の内側分割部Ｐ１に挟まれ、タービン軸Ｌにほぼ直交する面上に延在するように取り付けられる。プレート状部材４２は、内側ハウジング２４の内方に延びている。プレート状部材４２は、スクロール室Ｓ２とタービンホイール室Ｓ３との境に位置する、縮径したノズル部Ｓ５にまで内方に延びている。したがって、プレート状部材４２は、軸方向に二分割するようにスクロール室Ｓ２を仕切り、スクロール室Ｓ２をツインスクロール形状になす。すなわち、スクロール室Ｓ２は、タービン軸Ｌに概ね直交する面で二分割されて、二つのスクロール室Ｓ２ａ、Ｓ２ｂから構成されることになる。なお、二つのスクロール室Ｓ２ａ、Ｓ２ｂは、プレート状部材４２と第一内側ハウジング部材３４とによって形成される第一スクロール室Ｓ２ａと、プレート状部材４２と第二内側ハウジング部材３６とによって形成される第二スクロール室Ｓ２ｂとである。
【００２４】
なお、本第一実施形態のプレート状部材４２には、前記隙間Ｇがプレート状部材４２で完全に２つの領域に隔てられないように、連通孔４２ｂが設けられている（図８参照）。図８では、連通孔４２ｂは３つ設けられているが、本発明は連通孔４２ｂの数を制限しない。なお、連通孔４２ｂは設けられなくても良い。
【００２５】
プレート状部材４２は、金属板材料からなっている。そして、プレート状部材４２は、上記形状にすべく打ち抜き加工が施されて作製されていて、概ね湾曲することなくプレート状に保たれている。したがって、プレート状部材４２は、安価に作製される。金属板材料の厚さは、例えば０．４ｍｍから２．０ｍｍとされるが、内側ハウジング２４をなす金属板材料よりも厚いのが好ましい。この金属板材料は、耐食性および耐熱性に優れたものが採用され、例えばステンレス鋼、好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。
【００２６】
第一助走部材３８と第二助走部材４０とは、それぞれ管状部材となっている。図９にタービンハウジング１０に取り付けられた入口側フランジ部１６を図１の入口側の白抜き矢印の向きに見たところを示すように、入口１２は２つの第一入口１２ａと第二入口１２ｂとからなっている。本第一実施形態では、これら第一入口１２ａと第二入口１２ｂとのそれぞれに、第一助走室Ｓ１ａと第二助走室Ｓ１ｂとが連通されるように、第一助走部材３８と第二助走部材４０とが配置される。さらに、上記の如く、プレート状部材４２によって分けられた二つのスクロール室Ｓ２ａ、Ｓ２ｂのそれぞれに、第一助走室Ｓ１ａと第二助走室Ｓ１ｂとが連通されるように、第一助走部材３８と第二助走部材４０とが配置される。第一助走部材３８および第二助走部材４０は、それぞれ上記第一ハウジング部材３４および第二内側ハウジング部材３６内に嵌め込まれて、その嵌合部同士は接合される。本第一実施形態では、二つの入口１２ａ、１２ｂと、二つのスクロール室Ｓ２ａ、Ｓ２ｂとは、ほぼ９０°回転された位置関係を有するので、第一助走部材３８と第二助走部材４０とはそれぞれ９０°捻られた形状にされる（図２および図５等参照）。
【００２７】
第一助走部材３８と第二助走部材４０との管状部材は、それぞれ長手方向にほぼ半割にされたプレス成型品である部材が互いに接合されることで作製される。すなわちそれらは板金製であり、その作製は比較的容易に且つ安価に行うことができる。金属板材料の厚さは、例えば０．４ｍｍから２．０ｍｍとされ、第一内側ハウジング部材３４および第二内側ハウジング部材３６をなす金属板材料とほぼ同じ厚さのものが使用される。第一助走部材３８と第二助走部材４０の金属板材料は、耐食性および耐熱性に優れたものが採用され、例えばステンレス鋼、好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。なお、第一助走部材３８と第二助走部材４０とは、それぞれ、管状の部材を捻って加工することで作製されても良いし、管状の部材に流体圧を作用させて成形する流体圧成形（例えば、ハイドロフォーミング）によって作製されても良い。
【００２８】
本第一実施形態の外側ハウジング２６は、第一外側ハウジング部材４８と、第二外側ハウジング部材５０とから分割形成されている。それらは、上記プレート状部材４２を間に挟みつつ接合される。外側ハウジング２６は、内側ハウジング２４と同様、軸方向中間部分に分割部Ｐ２を有している。すなわち、外側ハウジング２６を第一外側ハウジング部材４８と第二外側ハウジング部材５０とにする、そのタービン軸Ｌに沿った分割位置は、スクロール室Ｓ２の最外径位置付近であり、スクロール室Ｓ２を半割りするような位置である。タービン軸Ｌにほぼ直交する面上に位置する上記分割部Ｐ２は、第一外側ハウジング部材４８の第一外側分割部４８Ｐと第二外側ハウジング部材５０の第二外側分割部５０Ｐとからなっている。上記プレート状部材４２はこれらの間に挟まれて接合される。以下、本明細書において、当該外側ハウジング２６における分割部Ｐ２を、上記内側ハウジング２４の内側分割部Ｐ１に対して、「外側分割部」と称する。なお、第一外側ハウジング部材４８は第二外側ハウジング部材５０よりもタービン軸Ｌの方向の出口先端側に位置される。
【００２９】
第一外側ハウジング部材４８と第二外側ハウジング部材５０とは、それぞれ金属の板材料をプレス成形することで作製される。すなわちそれらは板金製であるので、これらの作製は比較的容易に且つ安価に行うことができる。金属板材料の厚さは、内側ハウジング２４よりも厚くされ、例えば１．５ｍｍから２．５ｍｍとされる。外側ハウジング２６の金属板材料も、耐食性および耐熱性に優れたものが採用され、例えばステンレス鋼、好ましくはフェライト系ステンレス鋼が用いられる。なお、本発明に係る外側ハウジング２６はこのような構成、寸法、材料等に限定されるものではない。ただし外側ハウジング２６はタービンハウジング１０の外殻であるため、ある一定以上の強度、剛性を有することが必要とされる。
【００３０】
上記のように、連結部材としての上記プレート状部材４２は、内側ハウジング２４の内側分割部Ｐ１に挟まれると共に、外側ハウジング２６の外側分割部Ｐ２にも挟まれて接合される。そして、プレート状部材４２は、スクロール室Ｓ２にまで内方に延在すると共に、外側ハウジング２６にまで外方に延在する。本第一実施形態では、外側ハウジング２６から外方へ突出する端部を有する程度にまで、プレート状部材４２は外方に延びている。プレート状部材４２は、スクロール室Ｓ２の外周部分に位置する内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との間に形成される隙間Ｇを横断して内側分割部Ｐ１と外側分割部Ｐ２とに挟まれて接合されている。その結果、プレート状部材４２により内側ハウジング２４と外側ハウジング２６とは連結される。したがって、内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との位置関係、およびそれらの間の隙間Ｇは一定に保たれることになる。
【００３１】
図５および図１０に示されるように、入口側フランジ部１６は例えば厚肉（５ｍｍから１５ｍｍ）の金属板材料のプレス加工により作製される。ここで入口側フランジ部１６には外側ハウジング２６の入口側端部５２が挿入されて溶接等により固定される。なお入口側フランジ部１６には、外側ハウジング２６の入口側端部５２を位置決めするための段部５４が設けられている。
【００３２】
これに対し、外側ハウジング２６の入口側端部５２の内側には、内側ハウジング２４の入口側端部５６が単にスライド可能に嵌め合わされるだけであり、これにより内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との熱変形差が吸収されるようになっている。即ち、タービン運転時は内側ハウジング２４が排気ガスの熱を直接受け、高温となるため、内側ハウジング２４の方が外側ハウジング２６より熱膨張量が大きい。このときの熱膨張差が、外側ハウジング２６の入口側端部５２に対する内側ハウジング２４の入口側端部５６のスライド移動により吸収される。これにより内側ハウジング２４内の流路の形状が保たれると共に、内側ハウジング２４に作用する応力が緩和されるようにしている。いわばこのスライド部は熱膨張差を吸収するための内側ハウジング１０のための逃げである。このようなスライド部は後述する出口側にも設けられ、このタービンハウジング１０では入口側と出口側との少なくとも二箇所で内側ハウジング２４はスライド可能に支持される。このスライド部では、微視的に見れば、部材間の境界に隙間があり、この隙間を排気ガスが微量ながら通過する。この点については後に詳しく述べる。入口側の隙間が図１０に誇張してＧ１で示され、この隙間Ｇ１はメインの隙間Ｇに連通される。隙間Ｇ１は、例えば０．１ｍｍから０．２５ｍｍとされる。
【００３３】
さらに、図６に示されるように、外側ハウジング２６はセンターフランジ部２２に溶接等により接続固定される。しかしながら、本第一実施形態では内側ハウジング２４のセンター側端部５８はセンターフランジ部２２の内側端面６０に固定されずに接触しているのみである。したがって、タービンハウジング１０では、センターフランジ側でも内側ハウジング２４は外側ハウジング２６やセンターフランジ部２２に対してスライド可能に支持される。それ故、本第一実施形態のタービンハウジング１０では入口側と出口側と、そしてセンターフランジ側の三箇所で内側ハウジング２４がスライド可能に支持されることになる。なお、内側ハウジング２４は、センターフランジ側で、外側ハウジング２６およびセンター側フランジ部２２の少なくともいずれかに接合されても良い。
【００３４】
タービンハウジング１０の出口側では、外側ハウジング２６の出口側端部６２に出口管６４を介して出口側フランジ部１８が取り付けられている（図６参照）。外側ハウジング２６の出口側端部６２は、全体として円筒状をなすと共に、その末端部６２ａが縮径されるようクランク状に成形され、その末端部６２ａの外側に出口管６４の一端部が嵌められ、溶接等により固定されている。出口管６４の他端部はプレス加工等により直角に曲げられ、そこに平板リング状の出口側フランジ部１８が溶接等により固着される。出口側フランジ部１８は管材を切断したり鋳造したりすることによって作製できる。これら出口管６４および出口側フランジ部１８により出口室Ｓ４および出口１４が形成される。
【００３５】
さらに本第一実施形態のタービンハウジング１０は、タービンホイール２８のシュラウド部２８ａを取り囲むためのシュラウド部材６６を備えている。シュラウド部材６６は、円筒状に形成され、その上流側部分６６ａがタービンホイール２８のシュラウド部２８ａのシュラウド曲線に倣うようなフレア形状とされている。シュラウド部材６６の下流側端部６６ｂは、外側ハウジング２６の末端部６２ａの内側に嵌め入れられて、全周に亘って溶接等により固定される。これによりシュラウド部材６６はタービン軸Ｌ上に中心を持ち、外側ハウジング２６の円筒状の出口側端部６２と同軸に配置されるようになる。
【００３６】
上記シュラウド部材６６は管材からなり、この管材をプレス加工にて曲げ成形することにより容易に且つ安価に作製できる。タービンホイール２８のシュラウド部２８ａと、シュラウド部材６６との間のクリアランス（チップクリアランス）は、タービン効率に影響を及ぼすため重要である。そこでこのチップクリアランスを高精度に保つため、そのシュラウド部２８ａに対向するシュラウド部材６６の表面は機械加工により高精度に仕上げられる。ただし曲げ成形のみで精度が得られる場合は機械加工を省略しても良い。シュラウド部材６６をなす管材の厚さは、機械加工を行う場合は加工代を見込んで内側ハウジング２４よりも厚くされ（例えば１．５ｍｍから３．０ｍｍ程度）、機械加工を行わない場合は内側ハウジング２４よりも厚くされるかまたは同等とされる。なお、シュラウド部材６６の厚さを大きくするとその剛性が高くなり、運転中の熱変形が抑制される。シュラウド部材６６の内側には高温の排気ガスが通過するので、シュラウド部材６６は耐熱性、耐食性に優れた材料、例えばステンレス鋼で作製される。このシュラウド部材６６の内側方向にタービンホイール室Ｓ３が形成される。
【００３７】
このようにして外側ハウジング２６にシュラウド部材６６を組み付けると、外側ハウジング２６とシュラウド部材６６との間にリング状の隙間Ｇ２が形成される。この隙間Ｇ２は、シュラウド部材６６の出口側端部６６ｂと外側ハウジング２６の末端部６２ａとの固着部即ち閉止部により、タービンホイール２８の出口側即ち出口室Ｓ４および出口１４に対し閉止され、他方、タービンホイール２８の上流側即ちスクロール室Ｓ２に対しては開放されることとなる。この隙間Ｇ２に、内側ハウジング２４の出口側端部６８が挿入されている。内側ハウジング１０の出口側端部６８は、縮径したノズル部Ｓ５を形成する、第一内側ハウジング部材３４のスクロール室形成部３４ａから出口側に向かって突出形成され、全体として円筒状に形成されると共に、シュラウド部材６６の外周面に沿う湾曲形状とされている。そして出口側端部６８の先端部が隙間Ｇ２に挿入されている。この挿入部において出口側端部６８はスライド可能であり、即ち、出口側端部６８の内周面がシュラウド部材６６の外周面に対しスライド可能であり、出口側端部６８の外周面が外側ハウジング２６の出口側端部６２の内周面に対しスライド可能である。
【００３８】
こうして、内側ハウジング２４の出口側端部６８がタービン軸Ｌの方向にスライド可能に支持され、内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との熱変形差を吸収するスライド支持部が、タービン出口側にも形成されることになる。このスライド支持部においても、微視的に見れば部材間の境界に隙間がある。この隙間は、図１１に誇張して示されるように、出口側端部６８と外側ハウジング２６との間の隙間Ｇ３、および出口側端部６８とシュラウド部材６６との間の隙間Ｇ４である。隙間Ｇ３、Ｇ４は、例えば０．１ｍｍから０．２５ｍｍとされる。出口側端部６８と前記閉止部との間にも軸方向の比較的大きな隙間Ｇ５があり、この隙間Ｇ５により出口側端部６８の移動が十分許容される。
【００３９】
結局、図１１に示されるように、隙間Ｇ３、Ｇ５、Ｇ４によりＵターン状の流路が形成され、この流路は、内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との間のメインの隙間Ｇにその上流端が連通接続されると共に、その下流端がタービンホイール２８のリーディングエッジ部２８ｂ直前のスクロール室Ｓ２に連通接続される。
【００４０】
次に、上記第一実施形態のタービンハウジング１０に関し、その作用および効果について詳述する。
【００４１】
ターボ過給機の運転時、エンジンからの排気ガスは、入口１２からタービンハウジング１０内へ入り、助走室Ｓ１、スクロール室Ｓ２を順に経てタービンホイール室Ｓ３に入り、ここでタービンホイール２８を回転駆動する。その後、出口室Ｓ４を経て出口１４から排出される。タービンホイール２８の回転駆動によりコンプレッサホイールが回転駆動され、エンジンへ空気が過給されることとなる。
【００４２】
一方、図１０に示した隙間Ｇ１から、微量ながら排気ガスが隙間Ｇに流入する場合がある。この排気ガスは、図１１に矢印で示されるように、出口側の隙間Ｇ２に到達し、隙間Ｇ３、Ｇ５、Ｇ４を順に経てタービンホイール２８の上流側に戻される。隙間Ｇ２がタービンホイール２８の出口側に対し閉止されているので、隙間Ｇに流入した排気ガスがタービンホイール２８（シュラウド部２８ａの外周面とシュラウド部材６６の内周面との間）を通過せずに出口室Ｓ４側へ漏れ出すことはない。一方、この隙間Ｇ２がタービンホイール２８の上流側に開放されているので、隙間Ｇに流入した排気ガスは全てタービンホイール２８の駆動に供される。結局、隙間Ｇに流入した排気ガスを無駄にすることなく全て回収してタービンホイール２８の駆動に利用できるので、タービン効率の低下を防止することが可能となる。
【００４３】
なお、センターハウジング側でも、内側ハウジング２４のセンター側端部５８はスライド可能にされているが、内側ハウジング２４のセンター側端部５８とセンター側フランジ部２２との間から仮に排気ガスが漏れることがあっても、そのスライド部分はノズル部Ｓ５に位置するので、この排気ガスは適切にタービンホイール２８に至ることになる。
【００４４】
また、シュラウド部材６６は、管材を適宜加工して作られるので、容易且つ安価に作製することができる。もっともシュラウド部材には管材以外からなっても良く、例えば鋳造品であってもよい。シュラウド部材６６は、その出口側端部６６ｂでのみ固定されており、反対側の上流側端部は熱伸縮可能である。これによりシュラウド部材６６の熱応力も緩和できる。また、シュラウド部材６６は軸対称な円筒状であるため熱変形も軸対称となり、つまり拡縮径するのみである。よってチップクリアランスを全周に渡り良好に維持することが可能となる。さらに、シュラウド部材６６は内側ハウジング２４とは別個の部材であるから、内側ハウジング２４が熱変形の繰り返し等でたとえ劣化してもその影響はシュラウド部材６６には及ばず、チップクリアランスに影響を及ぼさない。したがって内側ハウジング２４の劣化に伴うタービン性能の低下を回避することができる。
【００４５】
上記の如く、隙間Ｇ２に挿入された内側ハウジング２４の出口側端部６８は移動可能であり、それ故、内側ハウジング２４が排気ガスからの熱により膨張することとなっても、その出口側端部６８が移動する（つまり逃げる）ことにより、内側ハウジング２４への応力が緩和され、タービンハウジング１０の劣化は抑制される。即ち、仮にその出口側端部６８が外側ハウジング２６等に固定され拘束されていれば、内側ハウジング２４が熱膨張するときの応力によりタービンハウジング１０の劣化は早まるであろう。また、内側ハウジング２４の出口側端部６８がタービン軸Ｌ方向に移動して内側ハウジング２４の熱膨張や熱収縮を緩衝するため、内側ハウジング２４の半径方向の張り出しは抑制される。たとえ内側ハウジング２４の半径方向内側への張り出しが生じることがあっても、強固なシュラウド部材６６がタービンホイール２８の周囲に存在し、タービンホイール２８を保護するので、内側ハウジング２４のタービンホイール２８への干渉は確実に防止される。
【００４６】
同様に、タービンハウジング１０の入口側にも内側ハウジング２４のためのスライド支持部があるので、内側ハウジング２４の熱膨張時における応力が、内側ハウジング２４の助走室方向への伸びにより緩和され、タービンハウジング１０の劣化は抑制される。もちろん、センターフランジ側でも同様である。
【００４７】
さらに、タービンハウジング１０は上記の如く二重殻構造とされている。このため、タービンハウジングを一体の鋳造品とする場合に比して、ハウジングの肉厚（本第一実施形態の場合、内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との合計肉厚）を薄くできる。また、隙間Ｇによって断熱効果が発揮されて、内側ハウジング２４の内部から外部への散熱が抑制される。したがって、タービンハウジング１０内で排気ガスから熱が奪われることが抑制され、より高温の排気ガスがタービンハウジング１０から排出されることとなる。タービンハウジング１０の下流側に排気浄化用の触媒がある場合には、エンジン冷間始動後における触媒の早期活性化に貢献できる。加えて、ハウジングの肉厚が薄くされるので、過給機の軽量化も達成されることとなり、ひいては燃費向上にもつながることとなる。内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との間の隙間Ｇにセラミックウールなどの部材を充填した場合には、その空間を埋めると同時に内側ハウジング２４の変形を抑制でき、さらには隙間Ｇへの排気ガスの流入も抑制することが可能となり、比較的厳しい使用条件下（排気ガス温度が高温の場合など）においてもタービン性能の低下が抑制される。
【００４８】
さらに、連結部材として、本第一実施形態では、プレート状部材４２が設けられていることで、外側ハウジング２６内に、内側ハウジング２４がしっかりと固定される。それ故、上記の如く、外側ハウジング２６に対して内側ハウジング２４の各種端部５６、５８、６８を自由端部にして、スライド可能に支持しても、外側ハウジング２６内の所望の位置から内側ハウジング２４がずれることが防止される。したがって、内側ハウジング２４に、排気ガスの熱により加熱されて膨張し、その後エンジンの停止などに伴い冷やされて収縮することが繰り返し生じても、内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との間の隙間Ｇばかりでなく、上記隙間Ｇ１〜Ｇ５などの各種のクリアランス（チップクリアランス）を、長い間、所定の間隔に保つことが可能になる。このように連結部材であるプレート状部材４２を設けたことで、内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との相対的な位置関係は、内側ハウジング２４に膨張および収縮が繰り返し生じても、変化なく維持されるので、タービンハウジング１０の劣化はさらに抑制され、タービンハウジング１０の性能を長い期間にわたって高性能に保つことが可能になる。つまり、タービンの効率の低下を防ぐことが可能になる。したがって、このタービンハウジング１０を有するタービンは、そのタービンハウジング１０が高性能を発揮することで、信頼性が向上する。
【００４９】
なお、このように、本第一実施形態では、連結部材をプレート状部材としたが、プレート状部材は上記の如く板金を用いて作製されるので、連結部材を設けてもタービンハウジングが低コストに保たれる。さらに、プレート状部材４２は、折曲げ部などの応力集中部位がないので、この部材を起点にタービンハウジング１０の劣化が生じることはない。なお、さらに信頼性を向上するべく、例えば、上記の如き段形状、すなわちタング部４４、４６との嵌め合い位置決めのための段形状をプレート状部材４２に設けなくても良い。
【００５０】
また、上記の如きタービンハウジング１０では、入口１２、助走室Ｓ１、およびスクロール室Ｓ２が各二つずつ形成され、これにより第一入口１２ａ、第一助走室Ｓ１ａ、第一スクロール室Ｓ２ａにより区画形成される第一流路Ｓａと、第二入口１２ｂ、第二助走室Ｓ１ｂ、第二スクロール室Ｓ２ｂにより区画形成される第二流路Ｓｂとの２つの流路が形成される。これらの流路Ｓａ、Ｓｂは、エンジンの運転状態に対応させて開通される。例えばエンジン回転が低回転であるときには、上記第一流路Ｓａを用いて排気ガスがタービンホイール２８に導かれ、エンジン回転が高回転であるときには、上記第一流路Ｓａおよび上記第二流路Ｓｂの両流路を用いて排気ガスがタービンホイール２８に導かれるように、第二入口１２ｂよりも上流側に設けられる制御バルブ（不図示）は開閉制御される。なお、このように、本第一実施形態では、その制御バルブをタービン上流側に配置することとしたが、タービンの中、例えば第二助走部材４０内に配置することとしても良い。
【００５１】
以上、本発明に係るタービンハウジングを第一実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記第一実施形態では連結部材を上記プレート状部材４２としたが、本発明は種々の形態の連結部材を含むものである。連結部材は、内側分割部Ｐ１および外側分割部Ｐ２に挟まれて接合され、これにより隙間Ｇを保ちつつ、外側ハウジング２６と内側ハウジングを連結すれば良い。
【００５２】
また、上記第一実施形態では、内側ハウジング２４を第一内側ハウジング部材３４と、第二内側ハウジング部材３６と、第一助走部材３８と、そして第二助走部材４０との四つの部材で構成することとしたが、内側ハウジング２４は、第一内側ハウジング部材３４と、そして第二内側ハウジング部材３６とにより構成されても良い。この様な場合に、上記第一実施形態の如く、スクロール室Ｓ２を軸方向に２分割してツインスクロール形状にするのであれば、助走室Ｓ１を軸方向に二分割するように上記プレート状部材４２を入口１２近傍まで延出しても良い。これにより、第一流路Ｓａや第二流路Ｓｂが形成されるのは上記第一実施形態と同じであるが、助走室Ｓ１ａの入口と出口とが、並びに助走室Ｓ１ｂの入口と出口とがそれぞれ９０°捻れることなく連通することになる。
【００５３】
ところで、スクロール室Ｓ２をツインスクロール形状にしないのであれば、スクロール室Ｓ２にまで延出されない連結部材が備えられるのが良い。このような連結部材を有するタービンハウジング１１０を本発明の第二実施形態として次に説明する。このタービンハウジング１１０は、上記第一実施形態のタービンハウジング１０と、連結部材が主として異なり、また、それに伴い入口１２、助走室Ｓ１、およびスクロール室Ｓ２が各一つずつ形成されることが相違する。以下、相違点について主に説明し、共通点については図中同一符号を付して説明を省略する。なお、本第二実施形態のタービンハウジング１１０の外観は、図１から図４に表した上記第一実施形態の外観と概ね同じである。図１２は図１のＡ−Ａ線断面相当図に対応する図（第一実施形態の図８に相当する図）であり、図１３は図３のＢ−Ｂ線断面相当図である。
【００５４】
タービンハウジング１１０は、連結部材として、馬蹄形状部材１１２を備えている。馬蹄形状部材１１２は、入口１２近傍まで延出され、軸方向中間部分にて分割された第一内側ハウジング部材１３４および第二内側ハウジング部材１３６からなる内側ハウジング１２４の内側分割部Ｐ３と、外側ハウジング２６の外側分割部Ｐ２とに挟まれて接合される。馬蹄形状部材１１２は、概ね隙間Ｇを横断するように延在するが、馬蹄形状部材１１２は、スクロール室Ｓ２にはほとんど延出されず、単に内側分割部Ｐ３と外側分割部Ｐ２との間に延在し、それらに挟まれつつ接合されている。そして、馬蹄形状部材１１２は、概ね内側ハウジング１２４内に延出しないようにされるので、助走室Ｓ１で不連続である。したがって、この変形例のタービンハウジング１１０では、入口１２、助走室Ｓ１、そしてスクロール室Ｓ２は各１つとなっている。
【００５５】
なお、図１２の馬蹄形状部材１１２は、タングＴの部分には及んでいない。タングＴは第一内側ハウジング部材１３４と第二内側ハウジング部材１３６とが互いに嵌合して接合されることで形成されるので、排気ガスを適切に助走室Ｓ１からスクロール室Ｓ２へ導くことが可能である。ただし、本発明は、上記第一実施形態のプレート状部材４２の如く、馬蹄形状部材１１２がタングＴにまで延出されることを排除するものではない。
【００５６】
次に、さらに別の連結部材を備えるタービンハウジング２１０を本発明の第三実施形態として説明する。このタービンハウジング２１０は、上記第二実施形態のタービンハウジング１１０と、連結部材が相違し、これに伴って外観がわずかに異なる。ここでは、図１のＡ−Ａ線断面相当図に対応する図として、図１４にタービンハウジング２１０の断面図を示し、相違点のみについて説明して、他の説明は省略する。
【００５７】
タービンハウジング２１０は、連結部材として、複数の棒状部材２１２を備えている。複数の棒状部材２１２は、上記第二実施形態の内側ハウジング１２４と概ね同じ内側ハウジング２２４の内側分割部Ｐ４と、外側ハウジング２６の外側分割部Ｐ２とに挟まれて接合される。棒状部材２１２は、断面円形であり、ステンレス製である。複数の棒状部材２１２は、スクロール室Ｓ２にはほとんど延出されず、隙間Ｇを横断するように位置付けられている。図１４では明らかにしていないが、内側分割部Ｐ４と外側分割部Ｐ２には、棒状部材２１２が嵌まる半円形の凹部２１４、２１６がそれぞれに設けられていて、棒状部材２１２はその凹部２１４、２１６に挟まれて接合されることになる。これに伴い、図示しないが、タービンハウジング２１０の外観において、棒状部材２１２の外側端部２１２ａが認められることになる。
【００５８】
なお、棒状部材２１２の断面は、円形に限らず、正方形、長方形、多角形であっても良い。また図１４では４本の棒状部材２１２が示されているが、その数は８本、１２本などいくつでも良い。しかしながら、棒状部材２１２の間隔は等間隔であることが望ましい。
【００５９】
以上、本発明を上記第一から第三実施形態に基づいて説明したが、本発明はそれらに限定されない。
【００６０】
例えば、上記第一実施形態においてはシュラウド部材６６と外側ハウジング２６とを直接固定して隙間Ｇ２の閉止部を形成するようにしたが、この閉止部の構造は様々なものが考えられ、例えば、シュラウド部材６６と外側ハウジング２６との間に他の部材（例えば出口管６４）を介装し、これら３部材をまとめて固着して閉止部を形成するようにしてもよい。また本発明に係るタービンハウジングは例えば斜流タービンや可変容量タービン等の他のタービン形式にも適用できる。
【００６１】
なお、内側ハウジング２４、１２４、２２４と外側ハウジング２６との間には、その間の隙間Ｇの良好な維持や内側ハウジング２４、１２４、２２４の形状保持、断熱等のため、ＳＵＳメッシュやセラミックウールなどの耐熱性、耐食性、可撓性に優れた充填部材が全体的または部分的に配設されても良く、それらが配設される場合には例えばそれらは外側ハウジング２６の内側に固定されるのが好ましい。
【００６２】
なお、上記では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第一実施形態に係るタービンハウジングの右側面図である。
【図２】図１に示したタービンハウジングの左側面図である。
【図３】図１に示したタービンハウジングの正面図である。
【図４】図１に示したタービンハウジングの背面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図７】第一助走部材および第二助走部材を省いた、図５のＣ−Ｃ線に沿ったタング部の拡大模式図である。
【図８】図５の断面図に、プレート状部材を重ねたところを示す図である。
【図９】入口の外観図である。
【図１０】図８のＥ部の拡大図である。
【図１１】図６のＤ部の拡大図である。
【図１２】第二実施形態に係るタービンハウジングの、図１のＡ−Ａ線断面相当図に対応する図である。
【図１３】図１２のタービンハウジングの、図３のＢ−Ｂ線断面相当図である。
【図１４】第三実施形態のタービンハウジングの、図１２に対応した断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０、１１０、２１０ タービンハウジング
４２ プレート状部材
１１２ 馬蹄形状部材
２１２ 棒状部材
【技術分野】
【０００１】
本発明はタービンハウジングに係り、特に、内側ハウジングとこの内側ハウジングを隙間を介して覆う外側ハウジングとを備えたターボ過給機のタービンハウジングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ過給機のタービンハウジングとしては鋳造製のものが一般的である。これに対して、鋼板のプレス成形品により作製されるタービンハウジングも例えば特許文献１により提案されている。このものは、耐熱薄板鋼板で作製された内側ハウジングと外側ハウジングとが備えられ、内側ハウジングを隙間を介して外側ハウジングにより覆う構造となっている。このタービンハウジングにおいては、外側ハウジングと内側ハウジングとが、所定の間隔をおいて金属メッシュからなる複数の係止部材により、その大部分が互いに離隔するように保持されている。
【０００３】
さらには、特許文献２には、鋼板のプレス成形品により作製されるタービンハウジングの他の一例が開示されている。このものにおいては、外側ハウジングにより隙間を介して被包される内側ハウジングが半割状となるように分割形成され、その半割状に分割形成されたもの同士はスライド可能な状態で組み合わされて開閉可能となるようにされている。これら内側ハウジングと外側ハウジングとの間には、その間の隙間を所定間隔で保持するためにＳＵＳメッシュが介在されている。
【０００４】
一方、スクロール室に向けて突出した部材を有するタービンハウジングも提案されている。例えば、特許文献３には、鋳造製のタービンハウジングの内壁面にセラミック断熱層を介して薄板成形体を配置し、通路面積が異なるタービンスクロールを形成するようにタービンハウジングからノズル部まで伸長した平板を設け、これによりスクロール室を二分割するようにしたタービンハウジングが開示されている。このものでは、薄板成形体と平板との接合部を、タービンハウジング作製時の鋳造により溶解させ、それらを一体的に融合するようにしている。また、特許文献４には、タービンハウジング本体の左右部分により挟持した仕切板をその左右部分と共に溶接するようにしたタービンハウジングが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９３７７９号公報
【特許文献２】特開２００２−３４９２７５号公報
【特許文献３】特開昭６３−１１１２３４号公報
【特許文献４】実開昭６４−５１７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
間に隙間のある二重殻構造を有するタービンハウジングにおいては、排気ガスの熱による膨張や収縮により内側ハウジングが熱疲労等するのを低減するべく、例えば、内側ハウジングを構成する部材の端部などを自由にスライド可能にするのが好ましい。一方、このようにすると、長い間の使用により内側ハウジングにそのような膨張や収縮が繰り返し生じることで、内側ハウジングと外側ハウジングとの位置関係にずれが生じ、それらの間の隙間の大きさなどが変化する虞がある。このような事態が生じると、タービンの効率を高性能に維持するのは難しくなる場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、内側ハウジングとこの内側ハウジングを隙間を介して覆う外側ハウジングとを備えたターボ過給機のタービンハウジングにおいて、タービンの効率の低下を防ぐことを可能にするタービンハウジングを提供することを目的とする。
【０００８】
なお、上記特許文献３および上記特許文献４に記載のものは、共に、間に隙間のある二重殻構造を有するタービンハウジングではない。すなわち、それらにおいてはスクロール室の外側に隙間が保たれない。したがって、それらは上記問題点を解消するものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るタービンハウジングは、内側ハウジングと、該内側ハウジングを隙間を介して覆う外側ハウジングとを備えたタービンハウジングにおいて、前記内側ハウジングはスクロール室の軸方向中間部分に内側分割部を有し、前記外側ハウジングは前記スクロール室の軸方向中間部分に外側分割部を有し、前記隙間を保ったまま、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとを前記スクロール室の軸方向中間部分において連結する連結部材を、前記内側分割部および前記外側分割部に挟みつつ接合するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、前記隙間を保ったまま、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとをスクロール室の軸方向中間部分において連結する連結部材が、前記内側分割部および前記外側分割部にて挟みつつ接合されるので、所定の間隔を保ちつつ外側ハウジング内に内側ハウジングが連結部材を介して固定される。その結果、内側ハウジングがスライド可能な自由な部分を有している状態で、排気ガスの熱によって内側ハウジングに膨張や収縮が繰り返し生じても、内側ハウジングと外側ハウジングとの位置関係はずれることが防止される。すなわち、それらの間の隙間の大きさなどは変わらずに保たれることになる。したがって、タービンの効率の低下を防ぐことが可能になる。
【００１１】
好ましくは、前記連結部材は、プレート状である。連結部材はプレート状であるので、内側分割部や外側分割部に挟まれて接合されると、スクロール室の軸方向中間部分の広範囲にわたって外側ハウジング内に内側ハウジングがしっかりと固定されることになる。
【００１２】
さらに、この場合、前記連結部材は、前記内側ハウジングの内方に延び、軸方向に二分割するように前記スクロール室を仕切り、該スクロール室をツインスクロール形状になすようにしても良い。これにより、容易に、且つ安価に、ツインスクロール形状のスクロール室を有するタービンハウジングを形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。なお以下の実施形態に係るタービンハウジングは、車両用ターボ過給機のラジアル形タービンに適用されるものである。
【００１４】
図１から図４に、第一実施形態のタービンハウジング１０の外観図を示す。図１はタービンハウジング１０の右側面図であり、図２はその左側面図であり、図３はその正面図であり、図４はその背面図である。図１および図２に白抜き矢印で排気ガスの流れを示す。エンジン（図示せず）からの排気ガスは、図１、２中下方の入口１２からタービンハウジング１０内に入り、タービンハウジング１０内で直角に向きを変え、タービン軸方向に沿って出口１４からタービンハウジング１０外に排出される。入口１２付近には入口側フランジ部１６が設けられ、入口側フランジ部１６はエンジン側の排気管または排気マニホールド（図示せず）との接続に利用される。出口１４付近には出口側フランジ部１８が設けられ、出口側フランジ部１８はその下流側の排気管（図示せず）との接続に利用される。またセンターハウジング２０（図６参照）との接続に利用されるセンターフランジ部２２も設けられている。
【００１５】
タービンハウジング１０の断面図を図５および図６に示す。図５は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図、換言すると、タービン軸Ｌに直交する面で切断した断面図である。なお、図５には、内側ハウジング２４と、外側ハウジング２６と、そして入口側フランジ部１６を示している。図６は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図、換言すると、タービン軸Ｌを含む面で切断した断面図である。
【００１６】
これらの図から理解されるように、タービンハウジング１０は、ともにプレス成形可能な板金製の内側ハウジング２４および外側ハウジング２６を備え、いわゆる二重殻構造とされている。内側ハウジング２４は、ハウジング内部の排気ガスの流路を実質的に区画形成する。外側ハウジング２６は、内側ハウジング２４を隙間Ｇを介して覆い、内側ハウジング２４を保護すると同時に断熱し、且つタービンハウジング１０としての剛性を高める役割も担う外殻ないし構造体をなしている。内側ハウジング２４によって主として区画される排気ガスの流路は、上流側から順に、入口１２、助走室Ｓ１、スクロール室Ｓ２、タービンホイール室Ｓ３、出口室Ｓ４および出口１４とから構成されている。スクロール室Ｓ２の半径方向内側にタービンホイール室Ｓ３が形成され、タービンホイール室Ｓ３にはタービンホイール２８（図６参照）が回転可能に収容される。
【００１７】
ただし、本第一実施形態では、後述するように、入口１２は第一入口１２ａと第二入口１２ｂとからなり、助走室Ｓ１は第一助走室Ｓ１ａと第二助走室Ｓ１ｂとからなり、またスクロール室Ｓ２は第一スクロール室Ｓ２ａと第二スクロール室Ｓ２ｂとからなっている。
【００１８】
図６に示されるように、センターハウジング２０の一端にタービンハウジング１０のセンターフランジ部２２が接続固定される。この固定には図示されるような断面コ字状且つリング状の締結具３０が用いられる。センターハウジング２０の他端には図示しないコンプレッサハウジングが接続固定され、コンプレッサハウジングには、タービン軸３２によりタービンホイール２８と同軸連結されたコンプレッサホイールが収容される。
【００１９】
本第一実施形態の内側ハウジング２４は、第一内側ハウジング部材３４と、第二内側ハウジング部材３６と、第一助走部材３８と、そして第二助走部材４０との四つの部材から分割形成されている。第一内側ハウジング部材３４と、第二内側ハウジング部材３６とは、後述するプレート状部材４２を間に挟みつつ接合される（図６参照）。これにより、第一内側ハウジング部材３４と第二内側ハウジング部材３６との内側にスクロール室Ｓ２が区画形成される。一方、本第一実施形態では、スクロール室Ｓ２の上流側に連通する助走室Ｓ１が第一助走部材３８と第二助走部材４０との２つの部材により区画形成される。
【００２０】
内側ハウジング２４は、スクロール室Ｓ２のタービン軸Ｌの方向の中間部分（以下、「軸方向中間部分」と称し得る。）に分割部Ｐ１を有していて、この分割部Ｐ１でスクロール室Ｓ２を形成する第一内側ハウジング部材３４と第二内側ハウジング部材３６とは分割される。第一内側ハウジング部材３４と第二内側ハウジング部材３６とのタービン軸Ｌに沿った分割位置は、スクロール室Ｓ２の最外径位置付近であり、スクロール室Ｓ２を半割りするような位置である。概ねタービン軸Ｌに直交する面上に位置する分割部Ｐ１は、第一内側ハウジング部材３４の第一内側分割部３４Ｐと、第二内側ハウジング部材３６の第二内側分割部３６Ｐとからなっていて、後で詳述するプレート状部材４２がこれらの間、すなわち分割部Ｐ１に挟まれて接合されている（図６参照）。以下、本明細書において、内側ハウジング２４における分割部Ｐ１を、「内側分割部」と称する。なお、第一内側ハウジング部材３４は第二内側ハウジング部材３６よりもタービン軸Ｌの方向の出口先端側に位置される。
【００２１】
第一内側ハウジング部材３４と第二内側ハウジング部材３６とは、それぞれ金属の板材料をプレス成形することで作製される。すなわちそれらは板金製であるので、これらの作製は比較的容易に且つ安価に行うことができる。金属板材料の厚さは、例えば０．４ｍｍから２．０ｍｍとされ、外側ハウジング２６をなす金属板材料よりも薄いものが使用される。第一内側ハウジング部材３４および第二内側ハウジング部材３６の金属板材料は、耐食性および耐熱性に優れたものが採用され、例えばステンレス鋼、好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。
【００２２】
図５に示されるように、内側ハウジング２４には、助走室Ｓ１からスクロール室Ｓ２への排気ガスの流路を形作るように、舌片状のタングＴが設けられている。当該タングＴは、図７に示されるように、第一および第二内側ハウジング部材３４、３６に形成された凸平面状のタング部４４、４６を、プレート状部材４２を介して、互いの対向面４４ａ、４６ａで接合させ、溶接等により固定して形成される。そのようにして接合されるプレート状部材４２の端部は、タング部４４、４６の嵌め合いが良好に行われるような段形状にされている（図７参照）。図５の断面図にプレート状部材４２を重ねて示した図、すなわち対向面４４ａにプレート状部材４２を当接させた図を図８に示す。図８から、プレート状部材４２はスクロール室Ｓ２を軸方向に二分割することが明らかである。
【００２３】
内側分割部Ｐ１に挟まれて接合される連結部材として、本第一実施形態では、上記プレート状部材４２が用いられている。プレート状部材４２は、環状であり、外側ハウジング２６から外部にわずかに突出する大きさを有すると共に、中央付近にタービンホイール２８の外径、すなわちその回転輪郭の径よりも若干大きな径の貫通孔４２ａを有している。したがって、図６に示すように、タービンハウジング１０内にタービンホイール２８が収容された状態で、貫通孔４２ａ内には、タービンホイール２８が回転可能に位置される。プレート状部材４２は、スクロール室Ｓ２の軸方向中間部分の内側分割部Ｐ１に挟まれ、タービン軸Ｌにほぼ直交する面上に延在するように取り付けられる。プレート状部材４２は、内側ハウジング２４の内方に延びている。プレート状部材４２は、スクロール室Ｓ２とタービンホイール室Ｓ３との境に位置する、縮径したノズル部Ｓ５にまで内方に延びている。したがって、プレート状部材４２は、軸方向に二分割するようにスクロール室Ｓ２を仕切り、スクロール室Ｓ２をツインスクロール形状になす。すなわち、スクロール室Ｓ２は、タービン軸Ｌに概ね直交する面で二分割されて、二つのスクロール室Ｓ２ａ、Ｓ２ｂから構成されることになる。なお、二つのスクロール室Ｓ２ａ、Ｓ２ｂは、プレート状部材４２と第一内側ハウジング部材３４とによって形成される第一スクロール室Ｓ２ａと、プレート状部材４２と第二内側ハウジング部材３６とによって形成される第二スクロール室Ｓ２ｂとである。
【００２４】
なお、本第一実施形態のプレート状部材４２には、前記隙間Ｇがプレート状部材４２で完全に２つの領域に隔てられないように、連通孔４２ｂが設けられている（図８参照）。図８では、連通孔４２ｂは３つ設けられているが、本発明は連通孔４２ｂの数を制限しない。なお、連通孔４２ｂは設けられなくても良い。
【００２５】
プレート状部材４２は、金属板材料からなっている。そして、プレート状部材４２は、上記形状にすべく打ち抜き加工が施されて作製されていて、概ね湾曲することなくプレート状に保たれている。したがって、プレート状部材４２は、安価に作製される。金属板材料の厚さは、例えば０．４ｍｍから２．０ｍｍとされるが、内側ハウジング２４をなす金属板材料よりも厚いのが好ましい。この金属板材料は、耐食性および耐熱性に優れたものが採用され、例えばステンレス鋼、好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。
【００２６】
第一助走部材３８と第二助走部材４０とは、それぞれ管状部材となっている。図９にタービンハウジング１０に取り付けられた入口側フランジ部１６を図１の入口側の白抜き矢印の向きに見たところを示すように、入口１２は２つの第一入口１２ａと第二入口１２ｂとからなっている。本第一実施形態では、これら第一入口１２ａと第二入口１２ｂとのそれぞれに、第一助走室Ｓ１ａと第二助走室Ｓ１ｂとが連通されるように、第一助走部材３８と第二助走部材４０とが配置される。さらに、上記の如く、プレート状部材４２によって分けられた二つのスクロール室Ｓ２ａ、Ｓ２ｂのそれぞれに、第一助走室Ｓ１ａと第二助走室Ｓ１ｂとが連通されるように、第一助走部材３８と第二助走部材４０とが配置される。第一助走部材３８および第二助走部材４０は、それぞれ上記第一ハウジング部材３４および第二内側ハウジング部材３６内に嵌め込まれて、その嵌合部同士は接合される。本第一実施形態では、二つの入口１２ａ、１２ｂと、二つのスクロール室Ｓ２ａ、Ｓ２ｂとは、ほぼ９０°回転された位置関係を有するので、第一助走部材３８と第二助走部材４０とはそれぞれ９０°捻られた形状にされる（図２および図５等参照）。
【００２７】
第一助走部材３８と第二助走部材４０との管状部材は、それぞれ長手方向にほぼ半割にされたプレス成型品である部材が互いに接合されることで作製される。すなわちそれらは板金製であり、その作製は比較的容易に且つ安価に行うことができる。金属板材料の厚さは、例えば０．４ｍｍから２．０ｍｍとされ、第一内側ハウジング部材３４および第二内側ハウジング部材３６をなす金属板材料とほぼ同じ厚さのものが使用される。第一助走部材３８と第二助走部材４０の金属板材料は、耐食性および耐熱性に優れたものが採用され、例えばステンレス鋼、好ましくはオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。なお、第一助走部材３８と第二助走部材４０とは、それぞれ、管状の部材を捻って加工することで作製されても良いし、管状の部材に流体圧を作用させて成形する流体圧成形（例えば、ハイドロフォーミング）によって作製されても良い。
【００２８】
本第一実施形態の外側ハウジング２６は、第一外側ハウジング部材４８と、第二外側ハウジング部材５０とから分割形成されている。それらは、上記プレート状部材４２を間に挟みつつ接合される。外側ハウジング２６は、内側ハウジング２４と同様、軸方向中間部分に分割部Ｐ２を有している。すなわち、外側ハウジング２６を第一外側ハウジング部材４８と第二外側ハウジング部材５０とにする、そのタービン軸Ｌに沿った分割位置は、スクロール室Ｓ２の最外径位置付近であり、スクロール室Ｓ２を半割りするような位置である。タービン軸Ｌにほぼ直交する面上に位置する上記分割部Ｐ２は、第一外側ハウジング部材４８の第一外側分割部４８Ｐと第二外側ハウジング部材５０の第二外側分割部５０Ｐとからなっている。上記プレート状部材４２はこれらの間に挟まれて接合される。以下、本明細書において、当該外側ハウジング２６における分割部Ｐ２を、上記内側ハウジング２４の内側分割部Ｐ１に対して、「外側分割部」と称する。なお、第一外側ハウジング部材４８は第二外側ハウジング部材５０よりもタービン軸Ｌの方向の出口先端側に位置される。
【００２９】
第一外側ハウジング部材４８と第二外側ハウジング部材５０とは、それぞれ金属の板材料をプレス成形することで作製される。すなわちそれらは板金製であるので、これらの作製は比較的容易に且つ安価に行うことができる。金属板材料の厚さは、内側ハウジング２４よりも厚くされ、例えば１．５ｍｍから２．５ｍｍとされる。外側ハウジング２６の金属板材料も、耐食性および耐熱性に優れたものが採用され、例えばステンレス鋼、好ましくはフェライト系ステンレス鋼が用いられる。なお、本発明に係る外側ハウジング２６はこのような構成、寸法、材料等に限定されるものではない。ただし外側ハウジング２６はタービンハウジング１０の外殻であるため、ある一定以上の強度、剛性を有することが必要とされる。
【００３０】
上記のように、連結部材としての上記プレート状部材４２は、内側ハウジング２４の内側分割部Ｐ１に挟まれると共に、外側ハウジング２６の外側分割部Ｐ２にも挟まれて接合される。そして、プレート状部材４２は、スクロール室Ｓ２にまで内方に延在すると共に、外側ハウジング２６にまで外方に延在する。本第一実施形態では、外側ハウジング２６から外方へ突出する端部を有する程度にまで、プレート状部材４２は外方に延びている。プレート状部材４２は、スクロール室Ｓ２の外周部分に位置する内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との間に形成される隙間Ｇを横断して内側分割部Ｐ１と外側分割部Ｐ２とに挟まれて接合されている。その結果、プレート状部材４２により内側ハウジング２４と外側ハウジング２６とは連結される。したがって、内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との位置関係、およびそれらの間の隙間Ｇは一定に保たれることになる。
【００３１】
図５および図１０に示されるように、入口側フランジ部１６は例えば厚肉（５ｍｍから１５ｍｍ）の金属板材料のプレス加工により作製される。ここで入口側フランジ部１６には外側ハウジング２６の入口側端部５２が挿入されて溶接等により固定される。なお入口側フランジ部１６には、外側ハウジング２６の入口側端部５２を位置決めするための段部５４が設けられている。
【００３２】
これに対し、外側ハウジング２６の入口側端部５２の内側には、内側ハウジング２４の入口側端部５６が単にスライド可能に嵌め合わされるだけであり、これにより内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との熱変形差が吸収されるようになっている。即ち、タービン運転時は内側ハウジング２４が排気ガスの熱を直接受け、高温となるため、内側ハウジング２４の方が外側ハウジング２６より熱膨張量が大きい。このときの熱膨張差が、外側ハウジング２６の入口側端部５２に対する内側ハウジング２４の入口側端部５６のスライド移動により吸収される。これにより内側ハウジング２４内の流路の形状が保たれると共に、内側ハウジング２４に作用する応力が緩和されるようにしている。いわばこのスライド部は熱膨張差を吸収するための内側ハウジング１０のための逃げである。このようなスライド部は後述する出口側にも設けられ、このタービンハウジング１０では入口側と出口側との少なくとも二箇所で内側ハウジング２４はスライド可能に支持される。このスライド部では、微視的に見れば、部材間の境界に隙間があり、この隙間を排気ガスが微量ながら通過する。この点については後に詳しく述べる。入口側の隙間が図１０に誇張してＧ１で示され、この隙間Ｇ１はメインの隙間Ｇに連通される。隙間Ｇ１は、例えば０．１ｍｍから０．２５ｍｍとされる。
【００３３】
さらに、図６に示されるように、外側ハウジング２６はセンターフランジ部２２に溶接等により接続固定される。しかしながら、本第一実施形態では内側ハウジング２４のセンター側端部５８はセンターフランジ部２２の内側端面６０に固定されずに接触しているのみである。したがって、タービンハウジング１０では、センターフランジ側でも内側ハウジング２４は外側ハウジング２６やセンターフランジ部２２に対してスライド可能に支持される。それ故、本第一実施形態のタービンハウジング１０では入口側と出口側と、そしてセンターフランジ側の三箇所で内側ハウジング２４がスライド可能に支持されることになる。なお、内側ハウジング２４は、センターフランジ側で、外側ハウジング２６およびセンター側フランジ部２２の少なくともいずれかに接合されても良い。
【００３４】
タービンハウジング１０の出口側では、外側ハウジング２６の出口側端部６２に出口管６４を介して出口側フランジ部１８が取り付けられている（図６参照）。外側ハウジング２６の出口側端部６２は、全体として円筒状をなすと共に、その末端部６２ａが縮径されるようクランク状に成形され、その末端部６２ａの外側に出口管６４の一端部が嵌められ、溶接等により固定されている。出口管６４の他端部はプレス加工等により直角に曲げられ、そこに平板リング状の出口側フランジ部１８が溶接等により固着される。出口側フランジ部１８は管材を切断したり鋳造したりすることによって作製できる。これら出口管６４および出口側フランジ部１８により出口室Ｓ４および出口１４が形成される。
【００３５】
さらに本第一実施形態のタービンハウジング１０は、タービンホイール２８のシュラウド部２８ａを取り囲むためのシュラウド部材６６を備えている。シュラウド部材６６は、円筒状に形成され、その上流側部分６６ａがタービンホイール２８のシュラウド部２８ａのシュラウド曲線に倣うようなフレア形状とされている。シュラウド部材６６の下流側端部６６ｂは、外側ハウジング２６の末端部６２ａの内側に嵌め入れられて、全周に亘って溶接等により固定される。これによりシュラウド部材６６はタービン軸Ｌ上に中心を持ち、外側ハウジング２６の円筒状の出口側端部６２と同軸に配置されるようになる。
【００３６】
上記シュラウド部材６６は管材からなり、この管材をプレス加工にて曲げ成形することにより容易に且つ安価に作製できる。タービンホイール２８のシュラウド部２８ａと、シュラウド部材６６との間のクリアランス（チップクリアランス）は、タービン効率に影響を及ぼすため重要である。そこでこのチップクリアランスを高精度に保つため、そのシュラウド部２８ａに対向するシュラウド部材６６の表面は機械加工により高精度に仕上げられる。ただし曲げ成形のみで精度が得られる場合は機械加工を省略しても良い。シュラウド部材６６をなす管材の厚さは、機械加工を行う場合は加工代を見込んで内側ハウジング２４よりも厚くされ（例えば１．５ｍｍから３．０ｍｍ程度）、機械加工を行わない場合は内側ハウジング２４よりも厚くされるかまたは同等とされる。なお、シュラウド部材６６の厚さを大きくするとその剛性が高くなり、運転中の熱変形が抑制される。シュラウド部材６６の内側には高温の排気ガスが通過するので、シュラウド部材６６は耐熱性、耐食性に優れた材料、例えばステンレス鋼で作製される。このシュラウド部材６６の内側方向にタービンホイール室Ｓ３が形成される。
【００３７】
このようにして外側ハウジング２６にシュラウド部材６６を組み付けると、外側ハウジング２６とシュラウド部材６６との間にリング状の隙間Ｇ２が形成される。この隙間Ｇ２は、シュラウド部材６６の出口側端部６６ｂと外側ハウジング２６の末端部６２ａとの固着部即ち閉止部により、タービンホイール２８の出口側即ち出口室Ｓ４および出口１４に対し閉止され、他方、タービンホイール２８の上流側即ちスクロール室Ｓ２に対しては開放されることとなる。この隙間Ｇ２に、内側ハウジング２４の出口側端部６８が挿入されている。内側ハウジング１０の出口側端部６８は、縮径したノズル部Ｓ５を形成する、第一内側ハウジング部材３４のスクロール室形成部３４ａから出口側に向かって突出形成され、全体として円筒状に形成されると共に、シュラウド部材６６の外周面に沿う湾曲形状とされている。そして出口側端部６８の先端部が隙間Ｇ２に挿入されている。この挿入部において出口側端部６８はスライド可能であり、即ち、出口側端部６８の内周面がシュラウド部材６６の外周面に対しスライド可能であり、出口側端部６８の外周面が外側ハウジング２６の出口側端部６２の内周面に対しスライド可能である。
【００３８】
こうして、内側ハウジング２４の出口側端部６８がタービン軸Ｌの方向にスライド可能に支持され、内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との熱変形差を吸収するスライド支持部が、タービン出口側にも形成されることになる。このスライド支持部においても、微視的に見れば部材間の境界に隙間がある。この隙間は、図１１に誇張して示されるように、出口側端部６８と外側ハウジング２６との間の隙間Ｇ３、および出口側端部６８とシュラウド部材６６との間の隙間Ｇ４である。隙間Ｇ３、Ｇ４は、例えば０．１ｍｍから０．２５ｍｍとされる。出口側端部６８と前記閉止部との間にも軸方向の比較的大きな隙間Ｇ５があり、この隙間Ｇ５により出口側端部６８の移動が十分許容される。
【００３９】
結局、図１１に示されるように、隙間Ｇ３、Ｇ５、Ｇ４によりＵターン状の流路が形成され、この流路は、内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との間のメインの隙間Ｇにその上流端が連通接続されると共に、その下流端がタービンホイール２８のリーディングエッジ部２８ｂ直前のスクロール室Ｓ２に連通接続される。
【００４０】
次に、上記第一実施形態のタービンハウジング１０に関し、その作用および効果について詳述する。
【００４１】
ターボ過給機の運転時、エンジンからの排気ガスは、入口１２からタービンハウジング１０内へ入り、助走室Ｓ１、スクロール室Ｓ２を順に経てタービンホイール室Ｓ３に入り、ここでタービンホイール２８を回転駆動する。その後、出口室Ｓ４を経て出口１４から排出される。タービンホイール２８の回転駆動によりコンプレッサホイールが回転駆動され、エンジンへ空気が過給されることとなる。
【００４２】
一方、図１０に示した隙間Ｇ１から、微量ながら排気ガスが隙間Ｇに流入する場合がある。この排気ガスは、図１１に矢印で示されるように、出口側の隙間Ｇ２に到達し、隙間Ｇ３、Ｇ５、Ｇ４を順に経てタービンホイール２８の上流側に戻される。隙間Ｇ２がタービンホイール２８の出口側に対し閉止されているので、隙間Ｇに流入した排気ガスがタービンホイール２８（シュラウド部２８ａの外周面とシュラウド部材６６の内周面との間）を通過せずに出口室Ｓ４側へ漏れ出すことはない。一方、この隙間Ｇ２がタービンホイール２８の上流側に開放されているので、隙間Ｇに流入した排気ガスは全てタービンホイール２８の駆動に供される。結局、隙間Ｇに流入した排気ガスを無駄にすることなく全て回収してタービンホイール２８の駆動に利用できるので、タービン効率の低下を防止することが可能となる。
【００４３】
なお、センターハウジング側でも、内側ハウジング２４のセンター側端部５８はスライド可能にされているが、内側ハウジング２４のセンター側端部５８とセンター側フランジ部２２との間から仮に排気ガスが漏れることがあっても、そのスライド部分はノズル部Ｓ５に位置するので、この排気ガスは適切にタービンホイール２８に至ることになる。
【００４４】
また、シュラウド部材６６は、管材を適宜加工して作られるので、容易且つ安価に作製することができる。もっともシュラウド部材には管材以外からなっても良く、例えば鋳造品であってもよい。シュラウド部材６６は、その出口側端部６６ｂでのみ固定されており、反対側の上流側端部は熱伸縮可能である。これによりシュラウド部材６６の熱応力も緩和できる。また、シュラウド部材６６は軸対称な円筒状であるため熱変形も軸対称となり、つまり拡縮径するのみである。よってチップクリアランスを全周に渡り良好に維持することが可能となる。さらに、シュラウド部材６６は内側ハウジング２４とは別個の部材であるから、内側ハウジング２４が熱変形の繰り返し等でたとえ劣化してもその影響はシュラウド部材６６には及ばず、チップクリアランスに影響を及ぼさない。したがって内側ハウジング２４の劣化に伴うタービン性能の低下を回避することができる。
【００４５】
上記の如く、隙間Ｇ２に挿入された内側ハウジング２４の出口側端部６８は移動可能であり、それ故、内側ハウジング２４が排気ガスからの熱により膨張することとなっても、その出口側端部６８が移動する（つまり逃げる）ことにより、内側ハウジング２４への応力が緩和され、タービンハウジング１０の劣化は抑制される。即ち、仮にその出口側端部６８が外側ハウジング２６等に固定され拘束されていれば、内側ハウジング２４が熱膨張するときの応力によりタービンハウジング１０の劣化は早まるであろう。また、内側ハウジング２４の出口側端部６８がタービン軸Ｌ方向に移動して内側ハウジング２４の熱膨張や熱収縮を緩衝するため、内側ハウジング２４の半径方向の張り出しは抑制される。たとえ内側ハウジング２４の半径方向内側への張り出しが生じることがあっても、強固なシュラウド部材６６がタービンホイール２８の周囲に存在し、タービンホイール２８を保護するので、内側ハウジング２４のタービンホイール２８への干渉は確実に防止される。
【００４６】
同様に、タービンハウジング１０の入口側にも内側ハウジング２４のためのスライド支持部があるので、内側ハウジング２４の熱膨張時における応力が、内側ハウジング２４の助走室方向への伸びにより緩和され、タービンハウジング１０の劣化は抑制される。もちろん、センターフランジ側でも同様である。
【００４７】
さらに、タービンハウジング１０は上記の如く二重殻構造とされている。このため、タービンハウジングを一体の鋳造品とする場合に比して、ハウジングの肉厚（本第一実施形態の場合、内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との合計肉厚）を薄くできる。また、隙間Ｇによって断熱効果が発揮されて、内側ハウジング２４の内部から外部への散熱が抑制される。したがって、タービンハウジング１０内で排気ガスから熱が奪われることが抑制され、より高温の排気ガスがタービンハウジング１０から排出されることとなる。タービンハウジング１０の下流側に排気浄化用の触媒がある場合には、エンジン冷間始動後における触媒の早期活性化に貢献できる。加えて、ハウジングの肉厚が薄くされるので、過給機の軽量化も達成されることとなり、ひいては燃費向上にもつながることとなる。内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との間の隙間Ｇにセラミックウールなどの部材を充填した場合には、その空間を埋めると同時に内側ハウジング２４の変形を抑制でき、さらには隙間Ｇへの排気ガスの流入も抑制することが可能となり、比較的厳しい使用条件下（排気ガス温度が高温の場合など）においてもタービン性能の低下が抑制される。
【００４８】
さらに、連結部材として、本第一実施形態では、プレート状部材４２が設けられていることで、外側ハウジング２６内に、内側ハウジング２４がしっかりと固定される。それ故、上記の如く、外側ハウジング２６に対して内側ハウジング２４の各種端部５６、５８、６８を自由端部にして、スライド可能に支持しても、外側ハウジング２６内の所望の位置から内側ハウジング２４がずれることが防止される。したがって、内側ハウジング２４に、排気ガスの熱により加熱されて膨張し、その後エンジンの停止などに伴い冷やされて収縮することが繰り返し生じても、内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との間の隙間Ｇばかりでなく、上記隙間Ｇ１〜Ｇ５などの各種のクリアランス（チップクリアランス）を、長い間、所定の間隔に保つことが可能になる。このように連結部材であるプレート状部材４２を設けたことで、内側ハウジング２４と外側ハウジング２６との相対的な位置関係は、内側ハウジング２４に膨張および収縮が繰り返し生じても、変化なく維持されるので、タービンハウジング１０の劣化はさらに抑制され、タービンハウジング１０の性能を長い期間にわたって高性能に保つことが可能になる。つまり、タービンの効率の低下を防ぐことが可能になる。したがって、このタービンハウジング１０を有するタービンは、そのタービンハウジング１０が高性能を発揮することで、信頼性が向上する。
【００４９】
なお、このように、本第一実施形態では、連結部材をプレート状部材としたが、プレート状部材は上記の如く板金を用いて作製されるので、連結部材を設けてもタービンハウジングが低コストに保たれる。さらに、プレート状部材４２は、折曲げ部などの応力集中部位がないので、この部材を起点にタービンハウジング１０の劣化が生じることはない。なお、さらに信頼性を向上するべく、例えば、上記の如き段形状、すなわちタング部４４、４６との嵌め合い位置決めのための段形状をプレート状部材４２に設けなくても良い。
【００５０】
また、上記の如きタービンハウジング１０では、入口１２、助走室Ｓ１、およびスクロール室Ｓ２が各二つずつ形成され、これにより第一入口１２ａ、第一助走室Ｓ１ａ、第一スクロール室Ｓ２ａにより区画形成される第一流路Ｓａと、第二入口１２ｂ、第二助走室Ｓ１ｂ、第二スクロール室Ｓ２ｂにより区画形成される第二流路Ｓｂとの２つの流路が形成される。これらの流路Ｓａ、Ｓｂは、エンジンの運転状態に対応させて開通される。例えばエンジン回転が低回転であるときには、上記第一流路Ｓａを用いて排気ガスがタービンホイール２８に導かれ、エンジン回転が高回転であるときには、上記第一流路Ｓａおよび上記第二流路Ｓｂの両流路を用いて排気ガスがタービンホイール２８に導かれるように、第二入口１２ｂよりも上流側に設けられる制御バルブ（不図示）は開閉制御される。なお、このように、本第一実施形態では、その制御バルブをタービン上流側に配置することとしたが、タービンの中、例えば第二助走部材４０内に配置することとしても良い。
【００５１】
以上、本発明に係るタービンハウジングを第一実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記第一実施形態では連結部材を上記プレート状部材４２としたが、本発明は種々の形態の連結部材を含むものである。連結部材は、内側分割部Ｐ１および外側分割部Ｐ２に挟まれて接合され、これにより隙間Ｇを保ちつつ、外側ハウジング２６と内側ハウジングを連結すれば良い。
【００５２】
また、上記第一実施形態では、内側ハウジング２４を第一内側ハウジング部材３４と、第二内側ハウジング部材３６と、第一助走部材３８と、そして第二助走部材４０との四つの部材で構成することとしたが、内側ハウジング２４は、第一内側ハウジング部材３４と、そして第二内側ハウジング部材３６とにより構成されても良い。この様な場合に、上記第一実施形態の如く、スクロール室Ｓ２を軸方向に２分割してツインスクロール形状にするのであれば、助走室Ｓ１を軸方向に二分割するように上記プレート状部材４２を入口１２近傍まで延出しても良い。これにより、第一流路Ｓａや第二流路Ｓｂが形成されるのは上記第一実施形態と同じであるが、助走室Ｓ１ａの入口と出口とが、並びに助走室Ｓ１ｂの入口と出口とがそれぞれ９０°捻れることなく連通することになる。
【００５３】
ところで、スクロール室Ｓ２をツインスクロール形状にしないのであれば、スクロール室Ｓ２にまで延出されない連結部材が備えられるのが良い。このような連結部材を有するタービンハウジング１１０を本発明の第二実施形態として次に説明する。このタービンハウジング１１０は、上記第一実施形態のタービンハウジング１０と、連結部材が主として異なり、また、それに伴い入口１２、助走室Ｓ１、およびスクロール室Ｓ２が各一つずつ形成されることが相違する。以下、相違点について主に説明し、共通点については図中同一符号を付して説明を省略する。なお、本第二実施形態のタービンハウジング１１０の外観は、図１から図４に表した上記第一実施形態の外観と概ね同じである。図１２は図１のＡ−Ａ線断面相当図に対応する図（第一実施形態の図８に相当する図）であり、図１３は図３のＢ−Ｂ線断面相当図である。
【００５４】
タービンハウジング１１０は、連結部材として、馬蹄形状部材１１２を備えている。馬蹄形状部材１１２は、入口１２近傍まで延出され、軸方向中間部分にて分割された第一内側ハウジング部材１３４および第二内側ハウジング部材１３６からなる内側ハウジング１２４の内側分割部Ｐ３と、外側ハウジング２６の外側分割部Ｐ２とに挟まれて接合される。馬蹄形状部材１１２は、概ね隙間Ｇを横断するように延在するが、馬蹄形状部材１１２は、スクロール室Ｓ２にはほとんど延出されず、単に内側分割部Ｐ３と外側分割部Ｐ２との間に延在し、それらに挟まれつつ接合されている。そして、馬蹄形状部材１１２は、概ね内側ハウジング１２４内に延出しないようにされるので、助走室Ｓ１で不連続である。したがって、この変形例のタービンハウジング１１０では、入口１２、助走室Ｓ１、そしてスクロール室Ｓ２は各１つとなっている。
【００５５】
なお、図１２の馬蹄形状部材１１２は、タングＴの部分には及んでいない。タングＴは第一内側ハウジング部材１３４と第二内側ハウジング部材１３６とが互いに嵌合して接合されることで形成されるので、排気ガスを適切に助走室Ｓ１からスクロール室Ｓ２へ導くことが可能である。ただし、本発明は、上記第一実施形態のプレート状部材４２の如く、馬蹄形状部材１１２がタングＴにまで延出されることを排除するものではない。
【００５６】
次に、さらに別の連結部材を備えるタービンハウジング２１０を本発明の第三実施形態として説明する。このタービンハウジング２１０は、上記第二実施形態のタービンハウジング１１０と、連結部材が相違し、これに伴って外観がわずかに異なる。ここでは、図１のＡ−Ａ線断面相当図に対応する図として、図１４にタービンハウジング２１０の断面図を示し、相違点のみについて説明して、他の説明は省略する。
【００５７】
タービンハウジング２１０は、連結部材として、複数の棒状部材２１２を備えている。複数の棒状部材２１２は、上記第二実施形態の内側ハウジング１２４と概ね同じ内側ハウジング２２４の内側分割部Ｐ４と、外側ハウジング２６の外側分割部Ｐ２とに挟まれて接合される。棒状部材２１２は、断面円形であり、ステンレス製である。複数の棒状部材２１２は、スクロール室Ｓ２にはほとんど延出されず、隙間Ｇを横断するように位置付けられている。図１４では明らかにしていないが、内側分割部Ｐ４と外側分割部Ｐ２には、棒状部材２１２が嵌まる半円形の凹部２１４、２１６がそれぞれに設けられていて、棒状部材２１２はその凹部２１４、２１６に挟まれて接合されることになる。これに伴い、図示しないが、タービンハウジング２１０の外観において、棒状部材２１２の外側端部２１２ａが認められることになる。
【００５８】
なお、棒状部材２１２の断面は、円形に限らず、正方形、長方形、多角形であっても良い。また図１４では４本の棒状部材２１２が示されているが、その数は８本、１２本などいくつでも良い。しかしながら、棒状部材２１２の間隔は等間隔であることが望ましい。
【００５９】
以上、本発明を上記第一から第三実施形態に基づいて説明したが、本発明はそれらに限定されない。
【００６０】
例えば、上記第一実施形態においてはシュラウド部材６６と外側ハウジング２６とを直接固定して隙間Ｇ２の閉止部を形成するようにしたが、この閉止部の構造は様々なものが考えられ、例えば、シュラウド部材６６と外側ハウジング２６との間に他の部材（例えば出口管６４）を介装し、これら３部材をまとめて固着して閉止部を形成するようにしてもよい。また本発明に係るタービンハウジングは例えば斜流タービンや可変容量タービン等の他のタービン形式にも適用できる。
【００６１】
なお、内側ハウジング２４、１２４、２２４と外側ハウジング２６との間には、その間の隙間Ｇの良好な維持や内側ハウジング２４、１２４、２２４の形状保持、断熱等のため、ＳＵＳメッシュやセラミックウールなどの耐熱性、耐食性、可撓性に優れた充填部材が全体的または部分的に配設されても良く、それらが配設される場合には例えばそれらは外側ハウジング２６の内側に固定されるのが好ましい。
【００６２】
なお、上記では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第一実施形態に係るタービンハウジングの右側面図である。
【図２】図１に示したタービンハウジングの左側面図である。
【図３】図１に示したタービンハウジングの正面図である。
【図４】図１に示したタービンハウジングの背面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図７】第一助走部材および第二助走部材を省いた、図５のＣ−Ｃ線に沿ったタング部の拡大模式図である。
【図８】図５の断面図に、プレート状部材を重ねたところを示す図である。
【図９】入口の外観図である。
【図１０】図８のＥ部の拡大図である。
【図１１】図６のＤ部の拡大図である。
【図１２】第二実施形態に係るタービンハウジングの、図１のＡ−Ａ線断面相当図に対応する図である。
【図１３】図１２のタービンハウジングの、図３のＢ−Ｂ線断面相当図である。
【図１４】第三実施形態のタービンハウジングの、図１２に対応した断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０、１１０、２１０ タービンハウジング
４２ プレート状部材
１１２ 馬蹄形状部材
２１２ 棒状部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側ハウジングと、該内側ハウジングを隙間を介して覆う外側ハウジングとを備えたタービンハウジングにおいて、
前記内側ハウジングはスクロール室の軸方向中間部分に内側分割部を有し、
前記外側ハウジングは前記スクロール室の軸方向中間部分に外側分割部を有し、
前記隙間を保ったまま、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとを前記スクロール室の軸方向中間部分において連結する連結部材を、前記内側分割部および前記外側分割部に挟みつつ接合するようにしたことを特徴とするタービンハウジング。
【請求項２】
前記連結部材は、プレート状であることを特徴とする請求項１に記載のタービンハウジング。
【請求項３】
前記連結部材は、前記内側ハウジングの内方に延び、軸方向に二分割するように前記スクロール室を仕切り、該スクロール室をツインスクロール形状になすことを特徴とする請求項２に記載のタービンハウジング。
【請求項１】
内側ハウジングと、該内側ハウジングを隙間を介して覆う外側ハウジングとを備えたタービンハウジングにおいて、
前記内側ハウジングはスクロール室の軸方向中間部分に内側分割部を有し、
前記外側ハウジングは前記スクロール室の軸方向中間部分に外側分割部を有し、
前記隙間を保ったまま、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとを前記スクロール室の軸方向中間部分において連結する連結部材を、前記内側分割部および前記外側分割部に挟みつつ接合するようにしたことを特徴とするタービンハウジング。
【請求項２】
前記連結部材は、プレート状であることを特徴とする請求項１に記載のタービンハウジング。
【請求項３】
前記連結部材は、前記内側ハウジングの内方に延び、軸方向に二分割するように前記スクロール室を仕切り、該スクロール室をツインスクロール形状になすことを特徴とする請求項２に記載のタービンハウジング。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−２７８１３０（Ｐ２００７−２７８１３０Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０３４４３（Ｐ２００６−１０３４４３）
【出願日】平成１８年４月４日（２００６．４．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１００８０５）アイシン高丘株式会社 (202)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月４日（２００６．４．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１００８０５）アイシン高丘株式会社 (202)
【Ｆターム（参考）】
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