板金涡轮壳体的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种板金涡轮壳体，构成旋涡状的排气通路的涡盘部通过将板金制的涡盘构件面对接合而形成，所述板金涡轮壳体的特征在于，所述涡盘部通过将两涡盘构件在涡旋方向整周上焊接接合而一体化，并且，在涡盘部的构成卷绕终端部的舌部的附近区域，焊接接合线在涡轮的旋转轴方向上以从舌部形成位置偏离的方式错开设置，所述舌部仅由任一方的涡盘构件形成。
【专利说明】板金润轮壳体
[0001]本申请是国际申请号:PCT/JP2011/052104 ;国际申请日:2011年02月02日；国家申请号:201180002462.1 ;进入中国国家阶段日期:2011年12月16日；发明名称:板金涡轮壳体的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及在涡轮增压器中采用的板金制的涡轮壳体结构，其中，该涡轮增压器利用发动机的排气能量来对发动机产生增压压力，尤其涉及防止在涡盘的卷绕终端部的舌部区域产生的热应力引起的龟裂等的产生的结构。
【背景技术】
[0003]目前，已知有利用从发动机排出的排气能量来向吸气歧管内供给加压空气，由此提高输出的涡轮增压器。在将该涡轮增压器作为车载用而安装的情况下，尤其是从近年来提高燃料利用率的观点出发，要求轻量化，从而取代现有的铸造制的涡轮壳体，而使用板金制的涡轮壳体。
[0004]另一方面，涡轮壳体具有取入发动机排气，并利用排气来使涡轮转子旋转的功能，因此使600~1050°C左右的排气流入，在呈圆周形状的涡轮壳体的流入口与排气绕回的部分的集合部分、即所谓 的舌部，被流入流和集合流急剧地加热。
[0005]由于舌部被急剧地加热，因此因舌部与舌部周边的温度差而产生热拉伸约束力，并产生压缩热应力。并且，因热应力的反复，存在热应力引起的龟裂这样的问题。
[0006]在板金制的涡轮壳体中，存在因舌部部分的急剧加热引起的热应力的反复而产生龟裂这样的问题，从而需要将板厚均匀化且薄壁化至不会因内压而产生损伤的程度，来降低热应力。
[0007]需要说明的是，作为关联的现有技术，专利文献I (日本特开2008-57448号公报)、专利文献2 (日本特表2003-536009号公报)提出有一种板金制的涡轮壳体结构，并且，专利文献3(日本特开2002-194525号公报)提出了一种形成使舌部附近区域的膜厚比其它区域的膜厚厚的喷镀被膜的结构，以提高舌部的耐磨损性。
[0008]【专利文献I】日本特开2008-57448号公报
[0009]【专利文献2】日本特表2003-536009号公报
[0010]【专利文献3】日本特开2002-194525号公报
[0011]其中，如图8所示，专利文献I所示的板金制的涡轮壳体中，涡盘部02由使左右的板金构件04与06对接并沿周向焊接的结构构成。因此，在涡盘部02的作为卷绕终端部的舌部区域反复作用有急剧的加热及冷却，从而与对接部的焊接所引起的强度降低相互影响，而容易产生热应力引起的龟裂等。
[0012]另外，在专利文献2中，涡盘部也为使板金构件对接而形成的结构，如上述专利文献I所说明的那样，存在容易在舌部区域因热应力而产生龟裂等的问题。进而，虽然在专利文献3中公开了形成舌部的被膜的内容，但没有公开针对在涡盘的作为卷绕终端部的舌部区域因急剧的加热及加热的反复所引起的热疲劳强度的降低而产生龟裂等这样的问题的防止对策。
【发明内容】
[0013]因此，本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种板金制的涡轮壳体结构，其能够防止在涡盘的作为卷绕终端部的舌部区域因急剧的加热的反复产生的热疲劳引起的龟裂的产生等，从而实现轻量化，且提高舌部的耐久性。
[0014]为了解决上述的课题，本发明的第一方面的板金制的涡轮壳体结构中，构成旋涡状的排气通路的涡盘部通过将板金制的涡盘构件面对接合而形成，所述板金涡轮壳体的特征在于，在涡盘部的构成卷绕终端部的舌部的附近区域，在涡盘构件的外壁面上的涡盘构件的对接部的两侧设置壁构件来覆盖该对接部，从而形成密闭空间，将舌部附近的外周壁形成为双层壁结构。
[0015]根据上述第一方面，由于排气流入，在呈圆周形状的涡轮壳体的流入口与排气绕回的部分的集合部分、即所谓的舌部被流入流和集合流急剧地加热，因此由于冷却与加热的反复而导致热应力变高且产生热疲劳。从而，通过将该部分形成为双层壁结构，由此能够分担热应力负载部和耐压部的功能，从而能够避免在舌部附近的热应力的产生及热疲劳引起的龟裂的广生等危险。
[0016]即，通过形成为双层壁结构，由沿着内部流动的内侧的板金部分来承受热应力，即使假设产生龟裂及贯通，也会由外侧的壁构件来耐压，因此能够防止内部气体的泄漏。
[0017]其结果是，能够防止在板金涡轮壳体的舌部附近产生龟裂的情况，能够提高板金涡轮壳体的安全性及可靠性。
[0018]另外，在本发明中，优选所述壁构件以将涡盘构件的外壁面与排气的流入口外壁面相连的方式设置在涡盘构件的对接部的两侧，即，在排气的流入口的外壁与涡盘构件的终端部的外壁之间形成的凹陷状的部分，以将排气的流入口的外壁与涡盘构件的终端部的外壁之间相连的方式在对接构件的两侧形成壁构件即可。由此，能够将壁构件限定在存在龟裂贯通的危险性的部位，从而能够简单地设置双层壁结构。
[0019]另外，在本发明中，面对的两涡盘构件可以通过在涡盘部的涡旋方向整周上焊接接合而一体化，另外，也可以构成为，面对的两涡盘构件的位于所述壁构件的内侧的对接部未被焊接，其以外的对接部被沿着涡盘部的涡旋方向而焊接接合，从而使面对的两涡盘构件一体化。
[0020]这样，在将由壁构件覆盖的内侧的对接部焊接而沿涡盘部的回旋方向整周进行焊接的情况下，因焊接产生的热应力而导致强度降低，但相对于排气的泄漏的密封性提高。另一方面，在不对由壁构件覆盖的内侧的对接部进行焊接的情况下，由于不会因焊接而产生热应力，因此能够防止强度降低，且通过外侧的壁构件充分地实现相对于排气的泄漏的密封性。
[0021]另外，本发明的第二方面的板金制的涡轮壳体结构中，构成旋涡状的排气通路的涡盘部通过将板金制的涡盘构件面对接合而形成，所述板金涡轮壳体的特征在于，所述涡盘部通过将两涡盘构件在涡旋方向整周上焊接接合而一体化，并且，在涡盘部的构成卷绕终端部的舌部的附近区域，焊接接合线在涡轮的旋转轴方向上以从舌部形成位置偏离的方式错开设置，所述舌部仅由任一方的涡盘构件形成。
[0022]根据上述第二方面，由于使涡盘构件面对来进行焊接接合的部分因焊接而导致热应力变高，因此使焊接线在涡轮旋转轴方向上偏离，以免设置在形成有舌部的舌部形成位置上，从而舌部仅由任一方的涡盘构件形成，因此能够防止因热应力引起的舌部的强度降低，且能够避免在舌部附近产生龟裂等危险，能够提高板金涡轮壳体的安全性及可靠性。
[0023]【发明效果】
[0024]根据本发明的第一方面，通过在舌部的附近区域形成为双层壁结构，由此能够分担热应力负载部和耐压部的功能，能够避免在舌部附近因热应力、热疲劳而产生龟裂等危险。
[0025]另外，根据第二方面，使焊接线在涡轮旋转轴方向上偏离，以免设置在形成有舌部的舌部形成位置上，从而舌部仅由任一方的涡盘构件形成，因此能够防止因热应力引起的舌部的强度降低，且能够避免在舌部附近因热应力及热疲劳而产生龟裂等危险。
[0026]如上所述 ，根据第一方面及第二方面，能够避免在舌部附近因热应力而产生龟裂等危险，并能够提高板金涡轮壳体的安全性及可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是表示本发明的第一实施方式涉及的板金涡轮壳体的简要结构的立体图。
[0028]图2是图1的B-B线主要部分剖视图。
[0029]图3是图1的A-A线主要部分剖视图。
[0030]图4是图1的C部的主要部分放大剖视图。
[0031]图5是图4的D-D线主要部分剖视图。
[0032]图6是表示第二实施方式的与图5对应的图。
[0033]图7是第二实施方式的与图2对应的主要部分剖视图。
[0034]图8是表示现有技术的全面说明图。
【具体实施方式】
[0035]以下，利用图示出的实施方式，对本发明详细地进行说明。然而，该实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状及构成部件的相对配置等只要没有特定的记载，就意味着没有将本发明的范围限定于此。
[0036](第一实施方式)
[0037]参照图1~图5，对本发明的第一实施方式涉及的板金涡轮壳体进行说明。
[0038]如图1、2所示，大致划分的话，板金制的涡轮壳体I包括涡盘部3、中央心部9、出口管部23，并且，涡盘部3包括面对设置的第一涡盘部5、第二涡盘部7。并且，通过焊接接合上述四个构件来形成涡轮壳体I。
[0039]形成涡旋状的气体通路的涡盘部3中，将第一涡盘部5与第二涡盘部7这两个构件对接，并将对接的部分焊接接合来形成气体通路。在图3所示的A-A截面的位置处，各涡盘部具有大致半圆形状的截面。
[0040]在涡盘部3的回旋中心部设置中央心部9，该中央心部9整体呈大致圆筒形状，具有配设支承涡轮动叶片13(参照图5、6)的旋转轴的轴承的轴承箱部15、形成气体流出侧的流路出口部17，在上述轴承箱部15与流路出口部17之间设有多个支柱21。
[0041]该支柱21在涡轮动叶片的周向上的规定位置隔开间隔而设置有多根，从而确保能够使在涡盘部3内沿涡旋方向流动的气体朝向中心侧顺畅地流动的流路19，且将轴承箱部15与流路出口部17结合。轴承箱部15与流路出口部17通过该支柱21连结而一体化。
[0042]进而，支柱21的位置在周向上可以等间隔也可以不等间隔，并且，支柱21的截面形状形成为大致四边形，但为了对在流路19中流动的气体流不成为阻力而能够使其朝向涡轮中心侧流动，还可以形成为在流动方向上具有倾斜面的三角形状或虽然切削加工的削出复杂但为流线形的曲面形状等。
[0043]另外，支柱21将轴承箱部15与流路出口部17连结，由具有即使在高温时或外力产生时也能将涡轮动叶片13与中央心部9的内周面的间隙保持为固定的强度及耐热性的材料形成。
[0044]需要说明的是，在流路出口部17的前端通过整周焊接来接合管形状的出口管部23。
[0045]第一涡盘部5、第二涡盘部7通过对薄板的板金材料(板厚为I?3mm左右)进行成形加工而成，使各自的端面彼此对接来形成涡旋状的气体通路，如图3所示，使前端重合而从外侧通过单侧角接来形成焊接部a，该焊接部a形成在涡盘部3的涡旋方向整周上。
[0046]需要说明的是，焊接可以为单侧角接，还可以通过将板金材料的前端彼此对接而对该部分进行焊接的对焊进行接合。另外，板金材料可以由奥氏体系和不锈钢等耐热钢构成。
[0047]另外，第一涡盘部5、第二涡盘部7各自的中央心部9侧的端部沿着轴承箱部15、流路出口部17的外周而被焊接接合，在流路出口部17的外周形成焊接部b，在轴承箱部15的外周形成焊接部C。
[0048]需要说明的是，轴承箱部15、流路出口部17以及连结轴承箱部15与流路出口部17的支柱21具有一体结构，因此，轴承箱部15、流路出口部17和支柱2通过切削加工进行削出而制成为一体。另外，出口管部23也同样通过削出加工而制成。
[0049]排气从入口管部25 (图1、2)流入，沿着涡盘部3的气体流路流动，回旋而绕回，与向入口部分流入的排气集合，在这些排气的集合部分即涡盘部3的构成卷绕终端部的舌部27的附近产生急剧的加热。并且，由于舌部27被急剧地加热，因此因舌部27与舌部27周边的温度差而产生热拉伸约束力，并产生压缩侧的热应力。并且，因热应力的反复而产生热应力引起的龟裂。
[0050]在该舌部27的附近因热应力而产生龟裂的情况并不局限于本发明的板金涡轮壳体，在现有的通过铸造形成的涡轮壳体中也会产生，这在数值分析、试验等中得到确认。
[0051]并且，为了防止在该舌部27的附近因热应力而产生龟裂的情况，如图5所示，本发明中，在焊接部a的两侧设置壁构件31。
[0052]S卩，壁构件31形成在涡盘部3的卷绕终端部分的外壁与从排气的流入口朝向舌部27的第一及第二涡盘部5、7的外壁之间，壁构件31的上端与第一及第二涡盘部5、7的外壁焊接接合，壁构件31的下端与涡盘部3的卷绕终端部分的外壁焊接接合，并且，两壁构件31、31的前端部被封闭，从而覆盖第一及第二涡盘部5、7的重合部而在内部形成密闭空间33。[0053]壁构件31设置的范围在图4的区域X所示那样的舌部附近区域形成。该舌部附近区域是指在形成有舌部27的涡盘部3的卷绕终端部分的外壁与从排气的流入口朝向舌部27的第一及第二涡盘部5、7的外壁之间形成的凹陷状的部分，在形成该凹陷部的底部分的第一及第二涡盘部5、7的内侧部分形成舌部27 (参照图4)。
[0054]这样，能够将壁构件31限定在存在龟裂贯通的危险性的舌部附近区域X，从而能够简单地设置双层壁结构。
[0055]另外，可以使位于两侧的壁构件31的内侧的第一涡盘部5与第二涡盘部7的对接部处于不焊接而重合的状态。在将由壁构件31覆盖的密闭空间33的内侧的对接部焊接而沿涡盘部3的回旋方向整体进行焊接的情况下，因焊接产生的热应力而导致强度降低，但相对于排气的泄漏的密封性提高，而在不对由壁构件31覆盖的内侧的对接部进行焊接的情况下，由于不会因焊接而产生热应力，因此能够防止强度降低，且通过设置在外侧的壁构件31充分地实现相对于排气的泄漏的密封性。
[0056]如上所述，通过形成为由第一涡盘部5与第二涡盘部7的对接部形成的壁结构和由其外侧的壁构件31形成的壁结构这双层壁结构，从而通过沿着内部流动的内侧的第一涡盘部5及第二涡盘部7来承受热应力，即使假设产生龟裂及贯通，也会由外侧的壁构件31来耐压，因此能够防止内部气体的泄漏。
[0057]其结果是，能够防止在板金制的涡轮壳体I的舌部27附近产生使排气泄漏这样的龟裂，从而能够提高板金涡轮壳体的安全性及可靠性。
[0058](第二实施方式)
[0059]接下来，参照图6、图7，对第二实施方式进行说明。
[0060]图6与图5对应，表示图4的D-D线方向的涡轮壳体I的整体截面形状。在舌部附近区域X内，将第一涡盘部5与第二涡盘部7的对接部焊接的焊接部a的焊接线在涡轮的旋转轴方向上以偏离舌部27的形成位置的方式绕开设置。涡盘部3的外周侧的焊接部a的焊接线设置成移动到al位置，舌部侧的焊接部a的焊接线设置成移动到a2位置。
[0061]另外，在形成有舌部27的舌部形成位置Y，不存在对接的第一涡盘部5与第二涡盘部7的对接部，通过将焊接部a设置成移动到舌部形成位置Y的外侧(涡轮轴方向外侧)，由此在舌部形成位置Y仅存在第一涡盘部5的构件。
[0062]需要说明的是，如图5、6所示，舌部形成位置Y是指形成从涡盘部3向涡轮动叶片13的径向流入通路的部分。
[0063]图7与图2对应，是表示第二实施方式的主要部分剖视图，表示在舌部附近区域X内，涡盘部3的外周侧的焊接部a的焊接线移动到al位置的状态。另外，虽然未图示，但舌部侧的焊接部a的焊接线也通过与al位置同样的焊接线的变更而设置成移动至a2位置。
[0064]根据所述第二实施方式，由于使第一涡盘部5与第二涡盘部7面对而进行焊接接合的部分产生如下问题的可能性高，即，产生因焊接而导致热应力变高且因热疲劳而产生龟裂等的可能性高，因此通过使该焊接线从形成有舌部27的位置偏离，而在舌部27仅存在接合的第一涡盘部5与第二涡盘部7中的任一方的涡盘构件，从而能够避免在舌部27产生焊接所引起的热应力，进而能够提高低循环疲劳强度。
[0065]其结果是，能够避免因热应力、热疲劳而在舌部27及舌部附近区域产生龟裂等的危险，能够提高板金涡轮壳体的安全性及可靠性。[0066]【工业实用性】
[0067]根据本发明，在板金制的涡轮壳体结构中，能够防止在涡盘的作为卷绕终端部的舌部区域因急剧的加热的反复所引起的热疲劳而产生龟裂等，且实现轻量化，并且能够提高舌部的耐久性，因此适合 向板金制的涡轮壳体的利用。
【权利要求】
1.一种板金涡轮壳体，构成旋涡状的排气通路的涡盘部通过将板金制的涡盘构件面对接合而形成，所述板金涡轮壳体的特征在于， 所述涡盘部通过将两涡盘构件在涡旋方向整周上焊接接合而一体化，并且，在涡盘部的构成卷绕终端部的舌部的附近区域，焊接接合线在涡轮的旋转轴方向上以从舌部形成位置偏离的方式错开设置，所述舌部仅由任一方的涡盘构件形成。
【文档编号】F02B39/00GK103967595SQ201410189669
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2011年2月2日 优先权日:2011年2月2日
【发明者】渡边大刚, 惠比寿干 申请人:三菱重工业株式会社