JP2015048801A

JP2015048801A - ターボチャージャー

Info

Publication number: JP2015048801A
Application number: JP2013182125A
Authority: JP
Inventors: 武志中島; Takeshi Nakajima; 久間　啓司; Keiji Hisama; 啓司久間; 棚田　雅之; Masayuki Tanada; 雅之棚田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2015-03-16

Abstract

【課題】ディフューザ面へのデポジットの堆積を抑制し、過給効率の低下を抑制することのできるターボチャージャーを提供する。
【解決手段】ターボチャージャーのコンプレッサハウジング１０には、ディフューザ部１５よりも吸気上流側に位置するシュラウド部１３に、コンプレッサインペラ２０と対向するシュラウド面１４を加熱する加熱手段として熱水通路１６が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関のターボチャージャーに関するものである。

特許文献１には、ターボチャージャーのコンプレッサハウジングにおけるディフューザ部近傍に冷却水通路を設け、ディフューザ部を冷却することが開示されている。こうしてディフューザ部を冷却することにより、ブローバイガスや排気管から還流された排気などに含まれるオイルミストに由来するデポジットの堆積を抑制することができ、ディフューザ面へのデポジットの堆積による過給効率の低下を抑制することができる。

特開２００９‐４１４４３号公報

ところで、特許文献１のターボチャージャーにおいて、ディフューザ部を冷却する冷却水として機関冷却水を循環させる場合には、機関冷却水の温度が高くなりやすい運転条件下においてディフューザ部を十分に冷却することができないおそれがある。この場合、デポジットの堆積を十分に抑制することができず、過給効率の低下を招くことになる。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的はディフューザ面へのデポジットの堆積を抑制し、過給効率の低下を抑制することのできるターボチャージャーを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するためのターボチャージャーでは、コンプレッサハウジングにおけるディフューザ部よりも吸気上流側に位置するシュラウド部に、コンプレッサインペラと対向するシュラウド面を加熱する加熱手段が設けられている。

上記構成によれば、加熱手段によってシュラウド面を温めることにより、吸入された空気に含まれるオイルミストなどに由来するデポジットがシュラウド面に堆積しやすくなる。その結果、シュラウド部よりも吸気下流側のディフューザ部には、オイルミストなどが到達しにくくなるため、ディフューザ面におけるデポジットの堆積を抑制することができる。したがって、ディフューザ面へのデポジットの堆積を抑制し、過給効率の低下を抑制することができる。

また、シュラウド面に堆積したデポジットにより、コンプレッサインペラとシュラウド面とのクリアランスであるチップクリアランスを低減することもできる。なお、過度に堆積したデポジットはコンプレッサインペラにより削られるため、チップクリアランスが極めて小さい状態が維持されるようになり、ターボチャージャーの効率を向上させることができる。

一実施形態としてのターボチャージャーにおけるコンプレッサ部分の断面図。同実施形態にかかるターボチャージャーのシュラウド面にデポジットが堆積した状態を示す断面図。変形例としてのターボチャージャーにおける冷却水の循環経路を示す模式図。変形例としてのターボチャージャーのコンプレッサ部分の断面図。

以下、ターボチャージャーの一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示されるように、ターボチャージャーのコンプレッサハウジング１０にはコンプレッサインペラ２０が収容されている。コンプレッサインペラ２０はシャフト３０を介してタービンインペラと連結されている。シャフト３０はベアリングを介して回転軸Ｃを中心に回転自在に支持されており、排気の力によってタービンインペラが回転することにより、コンプレッサインペラ２０が回転することになる。

コンプレッサハウジング１０には、シャフト３０の回転軸Ｃの延伸方向に沿って延びるインレット通路１１と、コンプレッサインペラ２０の外側を取り囲むように延びるスクロール通路１２とが設けられている。インレット通路１１はエアクリーナを通過して吸入された空気が流れる上流側吸気通路に接続され、スクロール通路１２は内燃機関の吸気ポートに接続される下流側吸気通路に接続される。なお、上流側吸気通路には内燃機関のブローバイガスや排気管から還流された排気が導入される。

インレット通路１１の吸気下流側の部分はコンプレッサインペラ２０に向かって内側に隆起しており、この部分がコンプレッサインペラ２０を取り囲むシュラウド部１３になっている。なお、シュラウド部１３におけるコンプレッサインペラ２０と対向する面がシュラウド面１４である。スクロール通路１２は、コンプレッサインペラ２０の外周縁部に沿って設けられた隙間状の通路であるディフューザ部１５を介してシュラウド部１３と接続されている。これにより、インレット通路１１側から吸入された空気がコンプレッサインペラ２０の回転に伴ってシュラウド部１３、ディフューザ部１５を通過してスクロール通路１２に向かって送り出され、圧縮された空気が内燃機関の燃焼室に送り込まれることになる。

また、図１に示されるようにコンプレッサハウジング１０におけるシュラウド部１３の周囲には、シュラウド面１４を加熱する加熱手段として、タービンハウジング内を循環して温められた冷却水が流れる熱水通路１６が設けられている。

次に本実施形態にかかるターボチャージャーの作用について、図２を参照して説明する。
タービンハウジングを循環して温められた冷却水が熱水通路１６を流れることにより、冷却水の熱によってシュラウド部１３の温度が上昇し、シュラウド面１４が温められる。インレット通路１１側から吸入された空気にはブローバイガスや排気管から還流された排気に含まれるオイルミストなどが含まれている。温められたシュラウド面１４にこの吸入された空気に含まれるオイルミストなどが接触することにより、シュラウド面１４には図２に示されるようにオイルミストなどに由来するデポジットＤが堆積する。その結果、シュラウド部１３を通過する過程で空気に含まれていたオイルミストなどが除去されることになり、シュラウド部１３よりも吸気下流側のディフューザ部１５には、オイルミストなどが到達しにくくなる。

また、図２に示されるようにシュラウド面１４に堆積したデポジットＤにより、シュラウド部１３におけるコンプレッサインペラ２０との隙間であるチップクリアランスが低減される。そして、デポジットＤが過度に堆積した場合には、堆積したデポジットＤが回転するコンプレッサインペラ２０により削られるため、チップクリアランスが極めて小さい状態が維持されるようになる。

以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）吸入された空気に含まれるオイルミストなどに由来するデポジットＤがシュラウド面１４に堆積し、シュラウド部１３よりも吸気下流側のディフューザ部１５には、デポジットの原因物質であるオイルミストなどが到達しにくくなる。そのため、ディフューザ部１５の表面であるディフューザ面へのデポジットの堆積を抑制することができる。したがって、ディフューザ面へのデポジットの堆積を抑制し、過給効率の低下を抑制することができる。

（２）また、シュラウド面１４に堆積したデポジットにより、コンプレッサインペラ２０とのクリアランスであるチップクリアランスを低減することもできる。なお、過度に堆積したデポジットはコンプレッサインペラ２０により削られるため、チップクリアランスが極めて小さい状態が維持されるようになり、ターボチャージャーの効率を向上させることができる。こうした構成によれば、樹脂製シュラウドピースによるアブレーダブルシールを設ける構成と比較して、低いコストでコンプレッサ効率を向上させることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・加熱手段としてタービンハウジングを循環した冷却水が流れる熱水通路１６を設ける構成を示したが、熱水通路１６を循環する冷却水の循環経路は適宜変更することができる。

例えば、図３に示されるようにスクロール通路１２やディフューザ部１５の周囲に冷却水が流れる冷却通路１７を設け、この冷却通路１７内に冷却水を流すようにすれば、スクロール通路１２やディフューザ部１５へのデポジットの堆積を更に効果的に抑制することができる。そして、図３に矢印で示されるように、この冷却通路１７を通過した冷却水をベアリングハウジング４０、続いてタービンハウジング５０に循環させ、これらベアリングハウジング４０及びタービンハウジング５０を冷却して温められた冷却水を熱水通路１６に循環させるようにする。こうした構成を採用すれば、冷却水が、機関始動後の比較的早い段階から温度が上昇するタービンハウジング５０を通過してから熱水通路１６を流れるようになるため、シュラウド面１４を効果的に加熱することができる。

・また、加熱手段として温められた冷却水が流れる熱水通路１６を設ける構成を示したが、加熱手段はシュラウド面１４を温めることのできるものであればよく、加熱手段の具体的な構成は適宜変更することができる。

例えば、図４に示されるように熱水通路１６に替えて排気管から還流する排気が流れるＥＧＲ通路６０をシュラウド部１３の周囲に通し、これを加熱手段とすることもできる。
こうした構成を採用した場合には、図４に矢印で示されるように排気管から還流された排気がシュラウド部１３の周囲に設けられたＥＧＲ通路６０内を通過してインレット通路１１内に導入されるようになる。こうして高温の排気がシュラウド部１３の周囲に設けられたＥＧＲ通路６０を通過することにより、シュラウド部１３の温度が上昇し、シュラウド面１４が加熱されるようになる。その結果、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、ＥＧＲ通路６０を通過する過程で、排気の熱がコンプレッサハウジング１０に放熱されることになるため、ＥＧＲ通路６０を通過した排気はその温度が低下することになる。すなわち、ＥＧＲクーラーと同様の効果を得ることができる。なお、図３に示したようにコンプレッサハウジング１０内に冷却通路１７を設ける構成と、加熱手段としてＥＧＲ通路６０を設けるこの構成とを組み合わせた場合には、排気を冷却する効果を更に高めることができる。

１０…コンプレッサハウジング、１１…インレット通路、１２…スクロール通路、１３…シュラウド部、１４…シュラウド面、１５…ディフューザ部、１６…熱水通路、１７…冷却通路、２０…コンプレッサインペラ、３０…シャフト、４０…ベアリングハウジング、５０…タービンハウジング、６０…ＥＧＲ通路。

Claims

コンプレッサハウジングにおけるディフューザ部よりも吸気上流側に位置するシュラウド部に、コンプレッサインペラと対向するシュラウド面を加熱する加熱手段が設けられているターボチャージャー。