CN110573749A - 压缩机壳体以及具备该压缩机壳体的涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

在收容用于对向发动机供给的供气进行压缩的压缩机叶轮的压缩机壳体的内部形成有外侧冷却通路和内侧冷却通路，所述外侧冷却通路在被压缩机叶轮压缩后的供气流动的涡旋状的涡旋通路的外周侧沿着周向延伸，所述内侧冷却通路在涡旋通路的内周侧沿着周向延伸，并通过沿着周向延伸的分离壁与外侧冷却通路隔开。

Description

压缩机壳体以及具备该压缩机壳体的涡轮增压器
技术领域
本发明涉及收容用于对向发动机供给的供气进行压缩的压缩机叶轮的压缩机壳体以及具备该压缩机壳体的涡轮增压器。
背景技术
涡轮增压器具有用于对向发动机供给的供气进行压缩的压缩机。若空气被压缩则温度上升，但若压缩空气在高温状态下向发动机供给，则容易引起爆震，导致输出降低、油耗恶化，因此，设置有用于在将压缩空气供给到发动机之前进行冷却的中间冷却器。
另一方面，最近的发动机从降低燃料消耗的观点来看正在推进电动化，设置在发动机室内的蓄电池、电气部件增加，因此，要求中间冷却器的省空间化。为了兼顾压缩空气的冷却性能和中间冷却器的省空间化，可考虑提高中间冷却器自身的冷却效率、或者降低向中间冷却器流入之前的压缩空气的温度即从涡轮增压器流出的压缩空气的温度。另外，由于温度因空气的压缩而上升，因此，通过被加热的压缩机壳体，被压缩机叶轮吸入的空气以及由压缩机叶轮压缩中的空气的温度上升。因此，与空气未被加热的情况相比，压缩机性能降低。为了防止这种情况，可考虑通过隔热材料等的配置使热难以传递、或者通过降低压缩机壳体的温度来降低传热量。
在专利文献1和2中，包围供压缩空气流动的涡旋状的涡旋通路的冷却通路形成于涡轮增压器的压缩机壳体，可以使从涡轮增压器流出的压缩空气的温度降低，使压缩机效率提高。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：德国专利申请公开第102007023142号说明书
专利文献2：德国专利申请公开第102010042104号说明书
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1和2的冷却通路形成为包围涡旋通路，因此，在沿着涡旋通路的截面形状的方向上非常长地延伸。因此，存在如下问题：因冷却水等冷却介质在冷却通路中流通时滞留点变多、或通过使冷却介质在具有大的流路截面积的冷却通路中流通而使得流速变小等，从而使冷却效率恶化。
鉴于上述情形，本发明的至少一个实施方式的目的在于提供一种能够在涡轮增压器中高效地冷却压缩空气的压缩机壳体以及具备该压缩机壳体的涡轮增压器。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少一个实施方式的压缩机壳体收容用于对向发动机供给的供气进行压缩的压缩机叶轮，其中，
在所述压缩机壳体的内部形成有外侧冷却通路和内侧冷却通路，
所述外侧冷却通路在被所述压缩机叶轮压缩后的所述供气流动的涡旋状的涡旋通路的外周侧沿着周向延伸，
所述内侧冷却通路在所述涡旋通路的内周侧沿着周向延伸，并通过沿着周向延伸的分离壁与所述外侧冷却通路隔开。
根据上述(1)的结构，在涡旋通路的外周侧沿着周向延伸的外侧冷却通路和在涡旋通路的内周侧沿着周向延伸的内侧冷却通路被分离壁隔开，因此，与以从涡旋通路的内周侧到外周侧包围涡旋通路的方式形成有冷却通路的情况相比，外侧冷却通路以及内侧冷却通路在沿着涡旋通路的截面形状的方向上延伸的范围变小。因此，可以抑制冷却介质在外侧冷却通路以及内侧冷却通路中分别流动时的滞留点的产生，也可以抑制冷却介质的流速的降低，所以，压缩空气的冷却效率也变高。其结果是，在外侧冷却通路以及内侧冷却通路中流动的冷却介质从涡旋通路的外周侧以及内周侧分别高效地对涡旋通路内的压缩空气进行冷却，因此，可以在涡轮增压器中高效地冷却压缩空气。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构中，
所述外侧冷却通路包括弯曲通路部分，该弯曲通路部分在沿着所述压缩机叶轮的旋转轴线的截面中具有沿着所述涡旋通路的截面形状弯曲的截面形状。
根据上述(2)的结构，弯曲通路部分具有沿着涡旋通路的截面形状弯曲的截面形状，从而弯曲通路部分与涡旋通路之间的距离沿着涡旋通路的截面形状尽可能地变短，因此，可以高效地冷却压缩空气。
(3)在几个实施方式中，在上述(2)的结构中，
所述外侧冷却通路还包括平坦通路部分，该平坦通路部分在沿着所述压缩机叶轮的旋转轴线的截面中，具有从沿着所述涡旋通路的截面形状的方向上的所述弯曲通路部分的两端缘部的至少一方平坦地延伸的截面形状。
压缩机壳体通过在模具中填充粉末而以与压缩机壳体的形状对应的形状进行烧结而铸造，但若具有从弯曲通路部分的端缘部进一步弯曲的部分延伸的结构，则在分开模具时不容易分开。但是，根据上述(3)的结构，若具有形成有平坦通路部分的结构，其中该平坦通路部分具有从弯曲通路部分的端缘部平坦地延伸的截面形状，则模具容易分开，压缩机壳体的制造性提高。
(4)在几个实施方式中，在上述(1)～(3)中的任一个结构中，
所述内侧冷却通路在沿着所述压缩机叶轮的旋转轴线的截面中包括沿着所述涡旋通路的截面形状弯曲的截面形状。
根据上述(4)的结构，内侧冷却通路具有沿着涡旋通路的截面形状弯曲的截面形状，从而内侧冷却通路与涡旋通路之间的距离沿着涡旋通路的截面形状尽可能地变短，因此，可以高效地冷却压缩空气。
(5)在几个实施方式中，在上述(1)～(4)中的任一个结构中，
在沿着所述压缩机叶轮的旋转轴线的截面中，在将通过所述内侧冷却通路的截面的重心位置并且在所述内侧冷却通路的截面中长度最大的直线方向定义为基准长度方向的情况下，所述基准长度方向是沿着所述压缩机叶轮的旋转轴线的方向。
根据上述(5)的结构，在内侧冷却通路的截面中长度最大的基准长度方向是沿着压缩机叶轮的旋转轴线的方向，从而在内侧冷却通路中流动的冷却介质可以减少从涡旋通路内的高温的压缩空气向被压缩机叶轮吸入的空气以及由压缩机叶轮压缩的空气的传热，因此，可以提高压缩机性能。
(6)在几个实施方式中，在上述(5)的结构中，
在所述压缩机壳体的内部还形成有扩散通路，该扩散通路与所述涡旋通路连通并且从所述涡旋通路向所述压缩机叶轮的径向内侧延伸，
在将与所述基准长度方向正交的方向作为宽度方向的情况下，所述内侧冷却通路的所述宽度方向的最大部分相比所述重心位置位于扩散通路侧。
根据上述(6)的结构，通过使内侧冷却通路的冷却面积最大的部分位于扩散通路的附近，从而扩散通路中的压缩空气的冷却效果提高，压缩机叶轮附近也可以冷却，因此，不仅压缩空气的温度降低，还可以提高压缩机性能。
(7)在几个实施方式中，在上述(5)的结构中，
在所述压缩机壳体的内部还形成有扩散通路，该扩散通路与所述涡旋通路连通并且从所述涡旋通路向所述压缩机叶轮的径向内侧延伸，
在将与所述基准长度方向正交的方向作为宽度方向的情况下，所述内侧冷却通路的所述宽度方向的最大部分相比所述重心位置位于与扩散通路相反的一侧。
根据上述(7)的结构，内侧冷却通路的冷却面积最大的部分(最大部分)可以沿着涡旋通路的截面形状，另外，相对于扩散通路也可以取得冷却面积，因此，压缩空气的冷却效果提高，可以高效地冷却压缩空气。
(8)在几个实施方式中，在上述(5)～(7)中的任一个结构中，
所述内侧冷却通路的与所述基准长度方向正交的方向上的宽度与所述外侧冷却通路的宽度相同或比其大。
根据上述(8)的结构，可以使内侧冷却通路成为在扩散通路侧具有较多传热面积的结构，因此，可以提高扩散通路中的压缩空气的冷却效果。
(9)在几个实施方式中，在上述(1)～(8)中的任一个结构中，具备：
将所述外侧冷却通路与所述压缩机壳体的外部连通的至少两个第一连通口；以及
将所述内侧冷却通路与所述压缩机壳体的外部连通的至少两个第二连通口。
根据上述(9)的结构，由于外侧冷却通路以及内侧冷却通路均具有至少两个连通口，因此，可以与设置有涡轮增压器的发动机室内的布局相匹配地进行外侧冷却通路以及内侧冷却通路各自的出入口的布设。另外，第一连通口以及第二连通口用于在压缩机壳体的铸造时保持型芯，通过使第一连通口以及第二连通口分别存在两个以上，从而可以提高型芯的保持性。
(10)在几个实施方式中，在上述(9)的结构中，
在所述压缩机壳体相对于所述发动机安装的状态下，所述至少两个第一连通口以及所述至少两个第二连通口中的至少一个朝铅垂方向上方开口。
在外侧冷却通路以及内侧冷却通路中流动的冷却介质为液体的情况下，通过对涡旋通路内的压缩空气进行冷却，冷却介质有可能沸腾。在冷却介质沸腾的情况下，若不将冷却介质的蒸气从外侧冷却通路以及内侧冷却通路排出，则冷却介质的流动堵塞，有可能给压缩空气的冷却带来障碍。但是，根据上述(10)的结构，通过使第一连通口以及第二连通口中的至少一个朝铅垂方向上方开口，从而可以经由朝铅垂方向上方开口的该连通口将冷却介质的蒸气从外侧冷却通路以及内侧冷却通路排出。
(11)在几个实施方式中，在上述(9)或(10)的结构中，
所述第一连通口的开口部与所述第二连通口的开口部相对于彼此成90°的角度。
在以压缩机叶轮的旋转轴线朝向铅垂方向或水平方向的任一方向的方式设置涡轮增压器的情况下，根据上述(11)的结构，由于第一连通口或第二连通口的任一方朝铅垂方向上方开口，因此，可以经由朝铅垂方向上方开口的连通口将冷却介质的蒸气从外侧冷却通路以及内侧冷却通路排出。
(12)在几个实施方式中，在上述(9)～(11)中的任一个结构中，
所述至少两个第一连通口中的一个是在所述外侧冷却通路中流动的冷却介质的入口，所述至少两个第一连通口中的另一个是在所述外侧冷却通路中流动的冷却介质的出口，
所述至少两个第二连通口中的一个是在所述内侧冷却通路中流动的冷却介质的入口，所述至少两个第二连通口中的另一个是在所述内侧冷却通路中流动的冷却介质的出口。
根据上述(12)的结构，由于冷却介质分别在外侧冷却通路以及内侧冷却通路的每一个中流动，因此，涡旋通路内的压缩空气的冷却能力变高，可以更高效地冷却压缩空气。
(13)在几个实施方式中，在上述(1)～(8)中的任一个结构中，
在所述外侧冷却通路中流动的冷却介质的出口与在所述内侧冷却通路中流动的冷却介质的出口汇合。
根据上述(13)的结构，外侧冷却通路以及内侧冷却通路各自的出口成为共用的一个出口，因此，与外侧冷却通路以及内侧冷却通路分别具有入口以及出口的情况相比，可以降低在压缩机壳体的铸造时使用的型芯的成本，进而可以提高型芯的保持性。
(14)在几个实施方式中，在上述(1)～(8)中的任一个结构中，
在所述外侧冷却通路中流动的冷却介质的入口与在所述内侧冷却通路中流动的冷却介质的出口直接连接，或者，在所述外侧冷却通路中流动的冷却介质的出口与在所述内侧冷却通路中流动的冷却介质的入口直接连接。
根据上述(14)的结构，不使用将外侧冷却通路的入口与内侧冷却通路的出口连接的连接管路、将外侧冷却通路的出口与内侧冷却通路的入口连接的连接管路中的任一个，可以将外侧冷却通路和内侧冷却通路构成为连续的一个冷却通路，因此，可以使涡轮增压器紧凑。
(15)本发明的至少一个实施方式的涡轮增压器具备上述(1)～(14)中的任一个压缩机壳体。
根据上述(15)的结构，利用在形成于压缩机壳体的外侧冷却通路以及内侧冷却通路中分别流通的冷却介质，可以高效地冷却涡旋通路内的压缩空气。
发明的效果
根据本发明的至少一个实施方式，在涡旋通路的外周侧沿着周向延伸的外侧冷却通路和在涡旋通路的内周侧沿着周向延伸的内侧冷却通路被分离壁隔开，因此，与以从涡旋通路的内周侧到外周侧包围涡旋通路的方式形成有冷却通路的情况相比，外侧冷却通路以及内侧冷却通路在沿着涡旋通路的截面形状的方向上延伸的范围变小。因此，可以抑制冷却介质在外侧冷却通路以及内侧冷却通路中分别流动时的滞留点的产生，也可以抑制冷却介质的流速的降低，所以，压缩空气的冷却效率也变高。其结果是，在外侧冷却通路以及内侧冷却通路中流动的冷却介质从涡旋通路的外周侧以及内周侧分别高效地对涡旋通路内的压缩空气进行冷却，因此，可以在涡轮增压器中高效地冷却压缩空气。
附图说明
图1是本发明的实施方式1涉及的压缩机壳体的立体图。
图2是沿着图1的II-II线的剖视图。
图3是用于说明形成于本发明的实施方式1涉及的压缩机壳体的内侧冷却通路的详细形状的图。
图4是表示针对具备本发明的实施方式2涉及的压缩机壳体的涡轮增压器中的压缩空气的冷却效果的实验结果的图表。
图5是表示针对具备本发明的实施方式2涉及的压缩机壳体的涡轮增压器中的压缩机性能的提高效果的实验结果的图表。
图6是本发明的实施方式2涉及的压缩机壳体的剖视图。
图7是本发明的实施方式3涉及的压缩机壳体的剖视图。
图8是本发明的实施方式3涉及的压缩机壳体的变形例的剖视图。
图9是形成于本发明的实施方式4涉及的压缩机壳体的外侧冷却通路以及内侧冷却通路的立体图。
图10是形成于本发明的实施方式5涉及的压缩机壳体的外侧冷却通路以及内侧冷却通路的立体图。
图11是形成于本发明的实施方式6涉及的压缩机壳体的外侧冷却通路以及内侧冷却通路的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。但是，本发明的范围并不限定于以下的实施方式。以下的实施方式所记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，其主旨并非将本发明的范围仅限定于此，只不过是说明例。
(实施方式1)
如图1所示，涡轮增压器的压缩机壳体1具有由未图示的压缩机叶轮压缩的空气流入的圆筒形状的空气入口部2。在压缩机壳体1形成有在空气入口部2的周围形成的涡旋状的涡旋通路3。由压缩机叶轮压缩后的压缩空气在涡旋通路3中流通并从涡轮增压器流出后，向未图示的发动机供给，涡旋通路3以其截面积朝向压缩空气的流通方向、即从涡旋通路3的入口侧朝向出口侧增加的方式构成。
如图2所示，在压缩机壳体1，将空气入口部2的内部的空气通路2a与涡旋通路3连通的扩散通路4以从涡旋通路3向未图示的压缩机叶轮的径向内侧延伸的方式形成。另外，在压缩机壳体1形成有在涡旋通路3的外周侧沿着周向延伸的外侧冷却通路11和在涡旋通路3的内周侧沿着周向延伸的内侧冷却通路12。作为冷却介质的冷却水分别在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12中流通，由此，在涡旋通路3中流通的压缩空气被冷却。在压缩机壳体1内，外侧冷却通路11和内侧冷却通路12被沿着周向延伸的分离壁13隔开。
如图1所示，压缩机壳体1具备：将外侧冷却通路11(参照图2)与压缩机壳体1的外部连通的四个第一连通口5a、5b、5c、5d、以及将内侧冷却通路12(参照图2)与压缩机壳体1的外部连通的四个第二连通口6a、6b、6c、6d。第一连通口5a、5b、5c、5d的开口部与第二连通口6a、6b、6c、6d的开口部相对于彼此成90°的角度。
第一连通口5a构成供冷却水流入外侧冷却通路11的入口，第一连通口5b构成供冷却水从外侧冷却通路11流出的出口。第二连通口6a构成供冷却水流入内侧冷却通路12的入口，第二连通口6b构成供冷却水从内侧冷却通路12流出的出口。第一连通口5b与第二连通口6a通过连接管路7连通。即，外侧冷却通路11和内侧冷却通路12经由连接管路7连通。
如图2所示，外侧冷却通路11包括：在沿着压缩机叶轮的旋转轴线L0的截面中具有沿着涡旋通路3的截面形状弯曲的截面形状的弯曲通路部分11a；以及具有从沿着涡旋通路3的截面形状的方向上的弯曲通路部分11a的两端缘部11a1、11a2平坦地延伸的截面形状的平坦通路部分11b、11c。外侧冷却通路11构成为沿着涡旋通路3的截面形状具有恒定的宽度W0。在实施方式1中，外侧冷却通路11的宽度恒定为W0，但在其他实施方式中，也可以是外侧冷却通路11的宽度在沿着涡旋通路3的截面形状的方向上变化的形态。
如图3所示，在沿着压缩机叶轮的旋转轴线L0的截面中，在将通过内侧冷却通路12的截面的重心位置G并且在内侧冷却通路12的截面中长度最大的直线方向定义为基准长度方向L的情况下，基准长度方向L是沿着压缩机叶轮的旋转轴线L0的方向。在此，沿着压缩机叶轮的旋转轴线L0的方向是指压缩机叶轮的旋转轴线L0与基准长度方向L所成的角度θ小于45°。
在压缩空气在涡旋通路3(参照图2)中流通的方向上，将靠近涡旋通路3的出口侧的内侧冷却通路12的截面设为12a，将靠近涡旋通路3的入口侧的内侧冷却通路12的截面设为12b。将在截面12a中通过重心位置Ga并且在内侧冷却通路12的截面12a中长度最大的直线方向定义为基准长度方向L1。另外，将在截面12b中通过重心位置Gb并且在内侧冷却通路12的截面12b中长度最大的直线方向定义为基准长度方向L2。
在内侧冷却通路12的截面12a、12b的每一个中，将与基准长度方向L1以及L2正交的方向设为宽度方向。在截面12a、12b的每一个中，内侧冷却通路12的宽度的最大部分12a1、12b1(将各自的长度设为Wa、Wb)相比重心位置Ga，Gb位于扩散通路4(参照图2)侧。即，从涡旋通路3的入口侧到出口侧，内侧冷却通路12的宽度方向的最大部分位于靠近扩散通路4的位置。
另外，内侧冷却通路12构成为，内侧冷却通路12的宽度比外侧冷却通路11的宽度W0(参照图2)大。根据该结构，可以使内侧冷却通路12成为在扩散通路4侧具有较多传热面积的结构，因此，可以提高扩散通路4中的压缩空气的冷却效果。
接着，对在实施方式1涉及的压缩机壳体1内压缩空气被冷却水冷却的动作进行说明。
如图1所示，冷却水经由作为冷却水的入口的第一连通口5a流入外侧冷却通路11(参照图2)。冷却水在外侧冷却通路11中流通后，经由作为冷却水的出口的第一连通口5b从外侧冷却通路11流出。从外侧冷却通路11流出的冷却水经过连接管路7，经由作为冷却水的入口的第二连通口6a流入内侧冷却通路12(参照图2)。冷却水在内侧冷却通路12中流通后，经由作为冷却水的出口的第二连通口6b从内侧冷却通路12流出。
如图2所示，在空气通路2a中流通的空气被未图示的压缩机叶轮压缩而成为压缩空气，经过扩散通路4流入涡旋通路3内。压缩空气在压缩机壳体1内在涡旋通路3中流通时，被在外侧冷却通路11中流通的冷却水从涡旋通路3的外周侧冷却，并被在内侧冷却通路12中流通的冷却水从涡旋通路3的内周侧冷却。压缩空气在涡旋通路3中流通后，从涡轮增压器的压缩机流出。接着，压缩空气在未图示的中间冷却器中被冷却后，向未图示的发动机供给。
压缩空气被在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12中流通的冷却水冷却，因此，适度的温度的压缩空气流入中间冷却器。因此，可以降低中间冷却器所要求的冷却能力，可以减小中间冷却器的尺寸。其结果是，可以实现中间冷却器的省空间化。
如上所述，由于外侧冷却通路11和内侧冷却通路12被分离壁13隔开，因此，与以从涡旋通路3的内周侧到外周侧包围涡旋通路3的方式形成有冷却通路的情况相比，外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12在沿着涡旋通路3的截面形状的方向上延伸的范围变小。因此，可以抑制冷却水在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12分别流动时的滞留点的产生，也可以抑制冷却水的流速的降低，所以，压缩空气的冷却效率也变高。其结果是，在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12中流动的冷却水从涡旋通路3的外周侧以及内周侧分别高效地对涡旋通路3内的压缩空气进行冷却，因此，可以在涡轮增压器中高效地冷却压缩空气。
另外，如上所述，外侧冷却通路11包括具有沿着涡旋通路3的截面形状弯曲的截面形状的弯曲通路部分11a。由此，弯曲通路部分11a与涡旋通路3之间的距离沿着涡旋通路3的截面形状尽可能地变短，因此，可以高效地冷却压缩空气。
另外，如上所述，在内侧冷却通路12的截面中长度最大的基准长度方向L成为沿着压缩机叶轮的旋转轴线L0的方向。根据该结构，如图2所示，在内侧冷却通路12中流动的冷却水可以减少从涡旋通路3内的高温的压缩空气向空气通路2a内的空气、即由未图示的压缩机叶轮压缩的空气的传热，因此，可以提高压缩机性能。
并且，如上所述，从涡旋通路3的入口侧到出口侧，内侧冷却通路12的宽度方向的最大部分12a1、12b1位于靠近扩散通路4的位置。由此，可以提高扩散通路4中的压缩空气的冷却效果。
接着，对通过实验确认上述压缩空气的冷却效果以及压缩机性能的提高效果的结果进行说明。
对具有后述的实施方式2涉及的压缩机壳体1的结构的涡轮增压器进行了实验。对于压缩机叶轮的转速成为高转速、中转速、低转速的运转条件，分别变更向空气通路2a(参照图2)供给的空气的供给条件，使压缩机成为喘振(surge)区域的附近、节流(choke)区域的附近、压缩机的效率最好的峰值区域各自的运转条件。空气通路2a内尽可能保持在大气压，涡轮增压器的涡轮机侧的温度固定为600℃。
在压缩机叶轮的转速成为高转速的运转条件下，在使50℃的冷却水以流量6l/min的流量仅在内侧冷却通路12(参照图6)中流通的情况下，在使其仅在外侧冷却通路11(参照图2)中流通的情况下，在使其在内侧冷却通路12中流通后在外侧冷却通路11中流通的情况下，在使其在外侧冷却通路11中流通后在内侧冷却通路12中流通的情况下，在使冷却水不在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12的任一个中流通的情况下，在上述五种情况下，测定从涡轮增压器流出的压缩空气的温度。其测定结果、即针对压缩空气的冷却效果的实验结果如图4所示。
根据图4可知：与没有冷却的情况相比，在使冷却水在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12中的至少一方流通而进行了冷却的情况下，从涡轮增压器流出的压缩空气的温度较低。另外，可知：与使冷却水在外侧冷却通路11或内侧冷却通路12的一方流通的情况相比，在使冷却水在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12双方流通的情况下，压缩空气的冷却效果显著。
另外，在使冷却水不在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12的任一个中流通的情况和使冷却水在外侧冷却通路11中流通后在内侧冷却通路12中流通的情况下，分别测定相对于向压缩机的空气供给量的供气压力比、即压缩机出口侧的压力相对于压缩机入口侧的压力之比。其测定结果、即针对压缩机性能的提高效果的实验结果如图5所示。
在压缩机叶轮的转速为低转速时没有显著的差异，但在压缩机叶轮的转速为中转速以及高转速时，与使冷却水不在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12的任一个中流通的情况下的供气压力比相比，使冷却水在外侧冷却通路11中流通后在内侧冷却通路12中流通的情况下的供气压力比变大。由该结果可知：通过对压缩空气进行冷却，从而压缩机性能提高。
这样，在涡旋通路3的外周侧沿着周向延伸的外侧冷却通路11和在涡旋通路3的内周侧沿着周向延伸的内侧冷却通路12被分离壁13隔开，因此，与以从涡旋通路3的内周侧到外周侧包围涡旋通路3的方式形成有冷却通路的情况相比，外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12在沿着涡旋通路3的截面形状的方向上延伸的范围变小。因此，可以抑制冷却水在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12中分别流动时的滞留点的产生，也可以抑制冷却水的流速的降低，所以，压缩空气的冷却效率也变高。其结果是，在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12中流动的冷却水从涡旋通路3的外周侧以及内周侧分别高效地对涡旋通路3内的压缩空气进行冷却，因此，可以在涡轮增压器中高效地冷却压缩空气。
在实施方式1中，在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12中流动的冷却水在对涡旋通路3内的压缩空气进行冷却时，冷却水有时沸腾。在该情况下，若不将水蒸气从外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12排出，则冷却水的流动堵塞，有可能给压缩空气的冷却带来障碍。但是，在实施方式1中，由于第一连通口5a～5d的开口部与第二连通口6a～6d的开口部相对于彼此成90°的角度，因此，在以压缩机叶轮的旋转轴线L0朝向铅垂方向或水平方向的任一方向设置涡轮增压器的情况下，第一连通口5a～5d或第二连通口6a～6d的任一方朝铅垂方向上方开口。通过在朝铅垂方向上方开口的连通口设置例如压力控制阀，从而在水蒸气的压力升高时，压力控制阀打开，可以经由该连通口将水蒸气从外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12排出。
另外，只要以从外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12排出水蒸气为目的，并不限定于使第一连通口5a～5d的开口部和第二连通口6a～6d的开口部相对于彼此成90°。只要各连通口的朝向的选择具有自由度，在压缩机壳体1相对于发动机安装的状态下，第一连通口5a～5d以及第二连通口6a～6d中的至少一个也可以形成为朝铅垂方向上方开口。
另外，第一连通口以及第二连通口各自的个数为四个，但并不限于四个。第一连通口以及第二连通口分别具有至少两个即可。只要外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12均具有至少两个连通口，就可以与设置有涡轮增压器的发动机室内的布局相匹配地进行外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12各自的出入口的布设。另外，第一连通口以及第二连通口用于在压缩机壳体的铸造时保持型芯，通过使第一连通口以及第二连通口分别存在两个以上，从而可以提高型芯的保持性。
在实施方式1中，如上所述，外侧冷却通路11包括平坦通路部分11b、11c，该平坦通路部分11b、11c在沿着压缩机叶轮的旋转轴线L0的截面中，具有从沿着涡旋通路3的截面形状的方向上的弯曲通路部分11a的两端缘部11a1、11a2平坦地延伸的截面形状。压缩机壳体1通过在模具中填充粉末而以与压缩机壳体1的形状对应的形状进行烧结而铸造，但若具有从弯曲通路部分11a的两端缘部11a1、11a2进一步弯曲的部分延伸的结构，则在分开模具时不容易分开。但是，若具有形成有平坦通路部分11b、11c的结构，其中该平坦通路部分11b、11c具有从弯曲通路部分11a的两端缘部11a1、11a2平坦地延伸的截面形状，则模具容易分开，压缩机壳体1的制造性提高。
另外，在实施方式1中，构成为平坦通路部分11b、11c从弯曲通路部分11a的两端缘部11a1、11a2延伸，但并不限于该形态。也可以构成为平坦通路部分11b或11c从两端缘部11a1、11a2的一方延伸，也可以是外侧冷却通路11仅包括弯曲通路部分11a的形态。
在实施方式1中，是冷却水在外侧冷却通路11中流通后在内侧冷却通路12中流通的结构，但并不限于该形态。也可以是冷却水在内侧冷却通路12中流通后在外侧冷却通路11中流通的结构。在冷却水在内侧冷却通路12中流通后在外侧冷却通路11中流通的结构的情况下，第一连通口5a与第二连通口6b通过连接管路7连通。
(实施方式2)
接着，对实施方式2涉及的压缩机壳体进行说明。实施方式2涉及的压缩机壳体相对于实施方式1变更了内侧冷却通路12的形状。另外，在实施方式2中，对与实施方式1的结构要件相同的结构要件标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
如图6所示，在内侧冷却通路12的截面12a、12b的每一个中，内侧冷却通路12的宽度的最大部分12a1、12b1相比重心位置Ga、Gb位于与扩散通路4相反的一侧。其他结构与实施方式1相同。
根据实施方式2的结构，内侧冷却通路12的冷却面积最大的部分(最大部分12a1、12b1)沿着涡旋通路3的截面形状，另外，相对于扩散通路4也可以取得冷却面积，因此，压缩空气的冷却效果提高，可以高效地冷却压缩空气。
(实施方式3)
接着，对实施方式3涉及的压缩机壳体进行说明。实施方式3涉及的压缩机壳体相对于实施方式1变更了内侧冷却通路12的形状。另外，在实施方式3中，对与实施方式1的结构要件相同的结构要件标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
如图7所示，内侧冷却通路12具有沿着涡旋通路3的截面形状弯曲的截面形状。外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12分别构成为沿着涡旋通路3的截面形状具有恒定的宽度W0、W1。各自的宽度W0、W1相等(W0＝W1)。其他结构与实施方式1相同。在实施方式3中，外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12的宽度分别恒定为W0、W1，但在其他实施方式中，也可以是外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12的宽度中的至少一方在沿着涡旋通路3的截面形状的方向上变化的形态。
根据实施方式3的结构，通过使外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12各自的宽度相等，从而可以将冷却水从外侧冷却通路11流入内侧冷却通路12时的压力损失抑制得低，因此，冷却水的滞留减少，并且流动被均匀化，从而可以高效地冷却压缩空气。
另外，内侧冷却通路12具有沿着涡旋通路3的截面形状弯曲的截面形状，从而内侧冷却通路12与涡旋通路3之间的距离沿着涡旋通路3的截面形状尽可能地变短，因此，可以高效地冷却压缩空气。
如图8所示，也可以将实施方式3的内侧冷却通路12形成为最大部分12a1、12b1相比重心位置Ga、Gb位于扩散通路4侧的形状。通过该形态，可以高效地冷却涡旋通路3内的压缩空气，并且，可以提高扩散通路4中的压缩空气的冷却效果。
但是，在图8所示的形态中，由于靠近扩散通路4的一侧的截面积大且压力损失小，因此，冷却水的流动有可能偏向靠近扩散通路4的一侧。为了避免这样的冷却水的偏向，如图6所示的实施方式2那样，优选最大部分12a1、12b1相比重心位置Ga、Gb位于与扩散通路4相反的一侧那样的形状。
(实施方式4)
接着，对实施方式4涉及的压缩机壳体进行说明。实施方式4涉及的压缩机壳体相对于实施方式1～3分别变更了外侧冷却通路11和内侧冷却通路12的连通关系。以下，基于相对于实施方式3变更了外侧冷却通路11和内侧冷却通路12的连通关系的形态进行说明，但也可以是相对于实施方式1或2变更了外侧冷却通路11和内侧冷却通路12的连通关系的形态。另外，在实施方式4中，对与实施方式1～3的结构要件相同的结构要件标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
如图9所示，冷却水构成为，经由入口21流入外侧冷却通路11，在外侧冷却通路11中流通后，经由出口22从外侧冷却通路11流出。另外，构成为与在外侧冷却通路11中流通的冷却水不同的别的冷却水经由入口23流入内侧冷却通路12，在内侧冷却通路12中流通后，经由出口24从内侧冷却通路12流出。与实施方式1相比，在出口22与入口23未连通这一点上结构不同。其他结构与实施方式1相同。
在实施方式4中，由于冷却水分别在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12的每一个中流动，因此，涡旋通路3(参照图7)内的压缩空气的冷却能力变高，可以更高效地冷却压缩空气。
(实施方式5)
接着，对实施方式5涉及的压缩机壳体进行说明。实施方式5涉及的压缩机壳体相对于实施方式1～3分别变更了外侧冷却通路11和内侧冷却通路12的连通关系。以下，基于相对于实施方式3变更了外侧冷却通路11和内侧冷却通路12的连通关系的形态进行说明，但也可以是相对于实施方式1或2变更了外侧冷却通路11和内侧冷却通路12的连通关系的形态。另外，在实施方式5中，对与实施方式1～3的结构要件相同的结构要件标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
如图10所示，外侧冷却通路11和内侧冷却通路12在各自的下游端侧连接，经由入口21流入外侧冷却通路11而在外侧冷却通路11中流通的冷却水和经由入口23流入内侧冷却通路12而在内侧冷却通路12中流通的冷却水分别从一个出口22流出。即，外侧冷却通路11的出口与内侧冷却通路12的出口汇合。其他结构与实施方式1相同。
由于外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12各自的出口成为共用的一个出口22，因此，与外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12分别具有入口以及出口的情况相比，可以降低在压缩机壳体1的铸造时使用的型芯的成本，进而可以提高型芯的保持性能。
另外，实施方式5也与实施方式4同样地，冷却水分别在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12的每一个中流动，因此，涡旋通路3(参照图7)内的压缩空气的冷却能力变高，可以更高效地冷却压缩空气。
(实施方式6)
接着，对实施方式6涉及的压缩机壳体进行说明。实施方式6涉及的压缩机壳体相对于实施方式1～3分别变更了外侧冷却通路11和内侧冷却通路12的连通关系。以下，基于相对于实施方式3变更了外侧冷却通路11和内侧冷却通路12的连通关系的形态进行说明，但也可以是相对于实施方式1或2变更了外侧冷却通路11和内侧冷却通路12的连通关系的形态。另外，在实施方式6中，对与实施方式1～3的结构要件相同的结构要件标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
如图11所示，外侧冷却通路11的下游端与内侧冷却通路12的上游端直接连接，经由入口21流入外侧冷却通路11而在外侧冷却通路11中流通的冷却水流入内侧冷却通路12而在内侧冷却通路12中流通后，从出口22流出。其他结构与实施方式1相同。
由于外侧冷却通路11的下游端与内侧冷却通路12的上游端直接连接，因此，不使用将外侧冷却通路11的入口与内侧冷却通路12的出口连接的连接管路、将外侧冷却通路11的出口与内侧冷却通路12的入口连接的连接管路中的任一个，可以将外侧冷却通路11和内侧冷却通路12构成为连续的一个冷却通路，所以，可以使涡轮增压器紧凑。
在实施方式6中，是冷却水在外侧冷却通路11中流通后在内侧冷却通路12中流通的结构，但并不限于该形态。也可以是冷却水在内侧冷却通路12中流通后在外侧冷却通路11中流通的结构。在冷却水在内侧冷却通路12中流通后在外侧冷却通路11中流通这种结构的情况下，附图标记22的结构要素成为冷却水的入口，附图标记21的结构要素成为冷却水的出口。
在实施方式1～6中，在外侧冷却通路11以及内侧冷却通路12中流通的冷却介质是冷却水，但并不限于冷却水。作为冷却介质，也可以使用油等任意的液体、空气等任意的气体。
附图标记说明
1 压缩机壳体
2 空气入口部
2a 空气通路
3 涡旋通路
4 扩散通路
5a、5b、5c、5d 第一连通口
6a、6b、6c、6d 第二连通口
7 连接管路
11 外侧冷却通路
11a 弯曲通路部分
11a1、11a2 (弯曲通路部分的)端部
11b、11c 平坦通路部分
12 内侧冷却通路
12a、12b (内侧冷却通路的)截面
12a1、12b1 最大部分
13 分离壁
21 入口
22 出口
23 入口
24 出口
G、Ga、Gb (内侧冷却通路的截面的)重心位置
L0 压缩机叶轮的旋转轴线
L、L1、L2 基准长度方向
W0 (外侧冷却通路的)宽度
Wa、Wb (最大部分的)宽度
θ1、θ2 角度

Claims (15)

1.一种压缩机壳体，收容用于对向发动机供给的供气进行压缩的压缩机叶轮，其中，
在所述压缩机壳体的内部形成有外侧冷却通路和内侧冷却通路，
所述外侧冷却通路在被所述压缩机叶轮压缩后的所述供气流动的涡旋状的涡旋通路的外周侧沿着周向延伸，
所述内侧冷却通路在所述涡旋通路的内周侧沿着周向延伸，并通过沿着周向延伸的分离壁与所述外侧冷却通路隔开。
2.如权利要求1所述的压缩机壳体，其中，
所述外侧冷却通路包括弯曲通路部分，该弯曲通路部分在沿着所述压缩机叶轮的旋转轴线的截面中具有沿着所述涡旋通路的截面形状弯曲的截面形状。
3.如权利要求2所述的压缩机壳体，其中，
所述外侧冷却通路还包括平坦通路部分，该平坦通路部分在沿着所述压缩机叶轮的旋转轴线的截面中，具有从沿着所述涡旋通路的截面形状的方向上的所述弯曲通路部分的两端缘部的至少一方平坦地延伸的截面形状。
4.如权利要求1～3中任一项所述的压缩机壳体，其中，
所述内侧冷却通路在沿着所述压缩机叶轮的旋转轴线的截面中包括沿着所述涡旋通路的截面形状弯曲的截面形状。
5.如权利要求1～4中任一项所述的压缩机壳体，其中，
在沿着所述压缩机叶轮的旋转轴线的截面中，在将通过所述内侧冷却通路的截面的重心位置并且在所述内侧冷却通路的截面中长度最大的直线方向定义为基准长度方向的情况下，所述基准长度方向是沿着所述压缩机叶轮的旋转轴线的方向。
6.如权利要求5所述的压缩机壳体，其中，
在所述压缩机壳体的内部还形成有扩散通路，该扩散通路与所述涡旋通路连通并且从所述涡旋通路向所述压缩机叶轮的径向内侧延伸，
在将与所述基准长度方向正交的方向作为宽度方向的情况下，所述内侧冷却通路的所述宽度方向的最大部分相比所述重心位置位于扩散通路侧。
7.如权利要求5所述的压缩机壳体，其中，
在所述压缩机壳体的内部还形成有扩散通路，该扩散通路与所述涡旋通路连通并且从所述涡旋通路向所述压缩机叶轮的径向内侧延伸，
在将与所述基准长度方向正交的方向作为宽度方向的情况下，所述内侧冷却通路的所述宽度方向的最大部分相比所述重心位置位于与扩散通路相反的一侧。
8.如权利要求5～7中任一项所述的压缩机壳体，其中，
所述内侧冷却通路的与所述基准长度方向正交的方向上的宽度与所述外侧冷却通路的宽度相同或比其大。
9.如权利要求1～8中任一项所述的压缩机壳体，其中，
所述压缩机壳体具备：
将所述外侧冷却通路与所述压缩机壳体的外部连通的至少两个第一连通口；以及
将所述内侧冷却通路与所述压缩机壳体的外部连通的至少两个第二连通口。
10.如权利要求9所述的压缩机壳体，其中，
在所述压缩机壳体相对于所述发动机安装的状态下，所述至少两个第一连通口以及所述至少两个第二连通口中的至少一个朝铅垂方向上方开口。
11.如权利要求9或10所述的压缩机壳体，其中，
所述第一连通口的开口部与所述第二连通口的开口部相对于彼此成90°的角度。
12.如权利要求9～11中任一项所述的压缩机壳体，其中，
所述至少两个第一连通口中的一个是在所述外侧冷却通路中流动的冷却介质的入口，所述至少两个第一连通口中的另一个是在所述外侧冷却通路中流动的冷却介质的出口，
所述至少两个第二连通口中的一个是在所述内侧冷却通路中流动的冷却介质的入口，所述至少两个第二连通口中的另一个是在所述内侧冷却通路中流动的冷却介质的出口。
13.如权利要求1～8中任一项所述的压缩机壳体，其中，
在所述外侧冷却通路中流动的冷却介质的出口与在所述内侧冷却通路中流动的冷却介质的出口汇合。
14.如权利要求1～8中任一项所述的压缩机壳体，其中，
在所述外侧冷却通路中流动的冷却介质的入口与在所述内侧冷却通路中流动的冷却介质的出口直接连接，或者，在所述外侧冷却通路中流动的冷却介质的出口与在所述内侧冷却通路中流动的冷却介质的入口直接连接。
15.一种涡轮增压器，其中，具备权利要求1～14中任一项所述的压缩机壳体。
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