JP2016176352A - ターボチャージャ - Google Patents

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Abstract

【課題】ブローバイガスに含まれるオイル等の固化抑制と、ブローバイガスに含まれる水蒸気の凍結抑制とを、体格を大型化せずに効率良く行うことができるターボチャージャを提供すること。
【解決手段】ターボチャージャ11は、冷却用流路29を備える。冷却用流路29は、ディフューザ面に沿って配置され、かつディフューザ面を冷却するための流体を流通させる。また、ターボチャージャ11は、ブローバイガス環流通路31aと吸気通路24aとの接続部に配置され、かつブローバイガスを暖めるための冷却水が流通するウォータジャケット25を備える。そして、ターボチャージャ11では、冷却用流路29とウォータジャケット25とが連通し、冷却用流路29に導入された冷却水が、該冷却用流路29を流通した後、ウォータジャケット25に流通する。
【選択図】図2

Description

本発明は、ディフューザ面を冷却する冷却用流路を備えるターボチャージャに関する。
従来から、車載内燃機関から排出される排気ガスの運動エネルギーを利用して、車載内燃機関に空気を過給するターボチャージャが用いられている。一般に、ターボチャージャは、車載内燃機関の排気系に設けられるタービンと、車載内燃機関の吸気系に設けられるコンプレッサとを備える。車載内燃機関から排出された排気ガスがタービンに導入され、タービンの内部に設けられたタービンインペラを回転させる。タービンインペラは、コンプレッサの内部に設けられたコンプレッサインペラと一体的に連結されており、タービンインペラの回転によりコンプレッサインペラが回転する。コンプレッサの吸気口から導入された空気は、コンプレッサインペラが回転することにより圧縮され、コンプレッサインペラの外側に位置するディフューザ流路に送り出され、さらにスクロール流路に送り出される。圧縮された空気がコンプレッサから車載内燃機関に供給されることで、車両エンジンの性能が向上する。
コンプレッサにおける吸気口には吸気通路が接続され、この吸気通路内には、ブローバイガス環流通路を介して、車載内燃機関から排出されるブローバイガスが導入される。ブローバイガスとは、車載内燃機関から漏出したガスのことであり、その中には潤滑用のオイルや燃料等が含まれる。吸気口からコンプレッサに導入された空気は圧縮されて高温となるために、その圧縮空気が流動するディフューザ流路に面した壁面(ディフューザ面)も高温となる。すると、オイルを主成分とする液滴は所定の温度(例えば160℃以上)で固化する性質を有しているため、ディフューザ面でオイル等が固化して堆積してしまう。そして、オイル等が堆積することで、ディフューザ流路の幅が縮小してしまい、ターボチャージャの性能や動作特性が低下してしまう。
そこで、特許文献1では、コンプレッサハウジングの壁部内に冷却用流路を設け、冷却用流路に流動させた流体により、ディフューザ面を冷却し、その温度を低下させている。このようにすることで、ディフューザ面の温度を、オイル等が固化する温度より低く維持して、オイル等の固化を抑制している。
また、ブローバイガスが吸気通路内に導入された際、吸気された空気の温度によっては、ブローバイガスに含まれる水蒸気が凍結してしまい、凍結した水分が氷となってコンプレッサインペラを損傷させる虞がある。そこで、特許文献2では、吸気通路に沿って加熱用流路(例えば、ウォータジャケット)を設け、加熱用流路に冷却水を流通させる。この冷却水は、車載内燃機関を冷却するためのものであり、80℃程度と比較的高温である。そして、加熱用流路を流れる冷却水により、吸気通路におけるブローバイガスの導入部付近を暖める。このようにすることで、ブローバイガス導入部付近での水蒸気の凍結を抑制し、氷によってコンプレッサインペラが損傷することを抑制している。
特許第5359403号公報 特開2012−2192号公報
ところで、ブローバイガスに含まれるオイル等の固化抑制と、ブローバイガスに含まれる水蒸気の凍結抑制とを、ターボチャージャの体格を大型化せずに効率良く行うことが望まれている。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、ブローバイガスに含まれるオイル等の固化抑制と、ブローバイガスに含まれる水蒸気の凍結抑制とを、体格を大型化せずに効率良く行うことができるターボチャージャを提供することにある。
上記問題点を解決するためのターボチャージャは、コンプレッサハウジングのコンプレッサ室に収容されたコンプレッサインペラと、前記コンプレッサ室と連通した吸気口と、前記コンプレッサ室と連通し、かつ前記コンプレッサ室を囲繞するディフューザ流路と、前記ディフューザ流路に面したディフューザ面と、前記ディフューザ面に沿って配置され、かつ前記ディフューザ面を冷却するための流体を流通させる冷却用流路と、前記吸気口に連通する吸気通路と、前記吸気通路にブローバイガスを導入するためのブローバイガス環流通路と、少なくとも前記ブローバイガス環流通路と前記吸気通路との接続部に配置され、かつ前記ブローバイガスを暖めるための流体が流通する加熱用流路と、を備え、前記冷却用流路と前記加熱用流路とが連通し、前記冷却用流路に導入された流体が、該冷却用流路を流通した後、前記加熱用流路に流通することを要旨とする。
これによれば、冷却用流路に流体を導入すると、流体はディフューザ面に沿って流れ、該ディフューザ面を冷却し、その温度を低下させる。このようにすることで、ディフューザ面の温度を、ブローバイガスに含まれるオイル等が固化する温度より低く維持して、ディフューザ面でのオイル等の固化を抑制することができる。
流体が冷却用流路を流通する間に、流体は、ディフューザ流路を流通する高温の空気と熱交換され、冷却用流路への導入前より温度が上昇する。そして、温度上昇した流体が加熱用流路に導入され、その流体によって、ブローバイガス環流通路と吸気通路との接続部付近が暖められる。このため、接続部付近にブローバイガスが導入されても、ブローバイガスに含まれる水蒸気の凍結が抑制される。
よって、ターボチャージャでは、流体を冷却用流路に流通させた後に、加熱用流路に流通させる。このため、流体によってディフューザ面を冷却した後、冷却によって温度上昇した流体によって、ブローバイガス環流通路と吸気通路との接続部付近を暖めることができる。よって、冷却用流路と加熱用流路を一回路としつつも、ディフューザ面の冷却と、接続部付近の暖めを効率良く行うことができる。
そして、冷却用流路と加熱用流路を一回路とすることで、冷却用流路と加熱用流路とを別回路(二回路)とする場合と比べて、ターボチャージャの部品点数を減らすことができ、体格が大型化しない。
また、ターボチャージャについて、前記コンプレッサハウジングは、前記吸気口を取り囲む接続端面を備え、前記冷却用流路の出口は前記接続端面に位置し、前記吸気通路は吸気配管内に設けられ、前記吸気配管は、前記接続端面と接続される接続用フランジを備え、前記加熱用流路の入口は前記接続用フランジに位置し、前記接続端面と前記接続用フランジの接続部で、前記冷却用流路と前記加熱用流路が連通している。
これによれば、コンプレッサハウジングの接続端面と、吸気配管の接続用フランジとを合わせ、吸気口と吸気通路とを接続すると、冷却用流路と加熱用流路とを連通させることができる。よって、例えば、冷却用流路と、加熱用流路とを配管を介して連通させる場合と比べると、部品点数を減らすことができる。
本発明によれば、ブローバイガスに含まれるオイル等の固化抑制と、ブローバイガスに含まれる水蒸気の凍結抑制とを、体格を大型化せずに効率良く行うことができる。
実施形態のターボチャージャを示す断面図。 実施形態のターボチャージャを模式的に示す斜視図。 吸気配管及びウォータジャケットを示す図。 ターボチャージャをコンプレッサハウジング側から示す図。
以下、ターボチャージャを具体化した一実施形態を図1〜図4にしたがって説明する。本実施形態のターボチャージャは、車載用ターボチャージャであり、車載内燃機関に適用される。ターボチャージャは、車載内燃機関の排気のエネルギーを利用して吸気を圧縮し、圧縮した空気を内燃機関に供給する過給装置となっている。
図1に示すように、ターボチャージャ11のハウジングHは、ベアリングハウジング12と、このベアリングハウジング12の軸方向一端に連結されたタービンハウジング13と、ベアリングハウジング12の他端に、シールプレート14を介して連結されたコンプレッサハウジング15とを有する。なお、ベアリングハウジング12の軸方向とは、ベアリングハウジング12の中心軸線の延びる方向である。ターボチャージャ11は、タービンハウジング13側にタービンTを有し、コンプレッサハウジング15側にコンプレッサCを有する。タービンTは車載内燃機関(図示略)の排気通路(図示略)に配設されるとともに、コンプレッサCは車載内燃機関の吸気通路(図示略)に配設される。
ベアリングハウジング12は、ベアリングハウジング12を軸方向に貫通する軸孔12aを備え、この軸孔12a内にはインペラシャフト10がベアリング16を介して回転可能に支持されている。インペラシャフト10の中心軸線Lの延びる方向をインペラシャフト10の軸方向とする。ターボチャージャ11は、インペラシャフト10の軸方向一端にタービンインペラ17を備え、インペラシャフト10の軸方向他端にコンプレッサインペラ18を備える。
タービンインペラ17はタービンハウジング13内に配設され、コンプレッサインペラ18はコンプレッサハウジング15内に配設されている。そして、タービンインペラ17とコンプレッサインペラ18とは、インペラシャフト10によって連結され、タービンインペラ17、インペラシャフト10及びコンプレッサインペラ18は一体回転する。
また、ターボチャージャ11は、タービンインペラ17を収容するタービン室13aをタービンハウジング13の内部に備える。ターボチャージャ11は、排気排出口13bをタービンハウジング13に備える。この排気排出口13bは、インペラシャフト10の軸方向に延び、かつタービン室13aに連通している。ターボチャージャ11は、タービンハウジング13の内部にタービンスクロール流路13cを備える。このタービンスクロール流路13cは、タービンインペラ17の外周を渦巻状に周回する形状である。
コンプレッサハウジング15は、円筒状の周壁部34と、周壁部34の外周側に位置する渦巻状の流路用壁部35とを含む。ターボチャージャ11は、コンプレッサインペラ18を収容するコンプレッサ室15aを、周壁部34の軸方向一端側に備え、吸気口15bを周壁部34の軸方向他端側に備える。なお、周壁部34の軸方向とは、周壁部34の中心軸線の延びる方向である。吸気口15bは、コンプレッサ室15aに連通している。
図1又は図4に示すように、コンプレッサハウジング15は、周壁部34の軸方向他端面であり、吸気口15bを取り囲む開口端面に接続端面15gを備える。また、コンプレッサハウジング15は、周壁部34における接続端面15gの外周に複数のボス部23を備える。ボス部23は、接続端面15g側に開口する雌ねじ穴23aを備える。
図1に示すように、ターボチャージャ11は、流路用壁部35の内部にコンプレッサスクロール流路20を備える。このコンプレッサスクロール流路20は、コンプレッサ室15aの外周を渦巻状に周回する形状である。また、ターボチャージャ11は、ディフューザ流路21を周壁部34の軸方向一端面とシールプレート14との間に備える。ディフューザ流路21は、コンプレッサ室15aを囲む環状である。ディフューザ流路21は吸気口15bから取り込んだ空気を圧縮して昇圧させる。そして、コンプレッサハウジング15の周壁部34において、ディフューザ流路21に面する軸方向一端面はディフューザ面15fを構成している。
図1、図2又は図4に示すように、ターボチャージャ11は、円形状に近いC型の冷却用流路29をコンプレッサハウジング15に備える。冷却用流路29は、ディフューザ流路21に沿うC型である。また、冷却用流路29は、冷却水の入口29a側に導入流路29cを備える。冷却用流路29の一部である導入流路29cは、入口29aから周壁部34の径方向に沿って直線状に延びる部分と、周壁部34の軸方向に沿ってディフューザ流路21に向けて延びる部分を含む。
冷却用流路29は、冷却水の出口29bを入口29aより下側に備える。冷却用流路29の出口29bは、コンプレッサハウジング15の接続端面15gに位置している。冷却用流路29は、出口29b側に導出流路29dを備える。冷却用流路29の一部である導出流路29dは、冷却用流路29のC型の部分から、接続端面15gに向けて直線状に延びる。冷却用流路29は、導入流路29cと導出流路29dとを繋ぐC型の部分に流路本体29fを備え、この流路本体29fは、ディフューザ流路21のほぼ全体に沿っている。そして、冷却用流路29には、車載内燃機関を冷却するための冷却水が流通する。入口29aから導入流路29c、流路本体29f、及び導出流路29dを流通した冷却水は、出口29bから冷却用流路29外へ導出される。冷却用流路29の流路本体29fを流れる冷却水により、ディフューザ流路21に沿ったディフューザ面15fが冷却される。
図1に示すように、吸気口15bは、コンプレッサ室15aを介してディフューザ流路21に連通し、ディフューザ流路21は、コンプレッサスクロール流路20に連通している。また、コンプレッサスクロール流路20は、図示しない排気口に連通している。コンプレッサハウジング15の接続端面15gには、板状のシール部材19を介して吸気配管24が接続され、この吸気配管24内に吸気通路24aが設けられている。
図3に示すように、吸気配管24は、コンプレッサハウジング15との接続のための接続用フランジ27を備える。接続用フランジ27にはボルト挿通部27aが設けられている。そして、ボルト挿通部27aに挿通したボルト28を、コンプレッサハウジング15の雌ねじ穴23aに螺合することにより、吸気配管24がコンプレッサハウジング15に接続されている。この接続により、吸気口15bと吸気通路24aとが連通している。コンプレッサハウジング15の接続端面15gと、吸気配管24の接続用フランジ27との間は、シール部材19によって液密にシールされている。
図2及び図3に示すように、吸気配管24は、吸気通路24aの外周側に加熱用流路としてのウォータジャケット25を備える。ウォータジャケット25には、車載内燃機関を冷却するための冷却水の一部が流通している。吸気配管24には、ブローバイガス用配管31が接続され、このブローバイガス用配管31の内側にブローバイガス環流通路31aが存在する。そして、吸気通路24aとブローバイガス環流通路31aとが接続されている。ウォータジャケット25は、吸気通路24aでの空気の流通方向において、吸気通路24aとブローバイガス環流通路31aとの接続部より下流側に存在している。
ブローバイガス用配管31は、車載内燃機関のクランクケースに接続され、クランクケースに排出されたブローバイガスが、ブローバイガス環流通路31aから吸気通路24aに導入される。そして、吸気通路24a内に導入されたブローバイガスは、吸気口15bから取り込まれる空気に導入される。
吸気配管24は、その厚み内に連通路33を備える。連通路33の一端はウォータジャケット25に連通し、連通路33の他端は、接続用フランジ27の端面に開口している。連通路33の他端はウォータジャケット25における冷却水の入口を構成する。そして、連通路33の入口は、接続端面15gに開口した冷却用流路29の出口29bに連通し、ウォータジャケット25と冷却用流路29とが連通している。ウォータジャケット25は、ブローバイガス環流通路31aと吸気通路24aとの接続部となる、ブローバイガス用配管31の根本を囲む状態で、吸気配管24の半周に亘って設けられている。そして、ウォータジャケット25に流通する冷却水により、ブローバイガス環流通路31aと吸気通路24aとの接続部付近を暖めることが可能である。ウォータジャケット25の上部には、導出管32が接続され、ウォータジャケット25から冷却水を導出可能である。
次に、ターボチャージャ11の作用を記載する。
上記構成のターボチャージャ11において、車載内燃機関から排出された排気ガスは、図示しないタービンハウジング13の排気取入口を介してタービンスクロール流路13cに導入される。排気ガスは、タービンスクロール流路13c内をタービンインペラ17周りで回転するように流動しつつ、タービン室13aに導入される。この排気ガスの導入により、インペラシャフト10が回転する。インペラシャフト10を回転させた後、排気ガスはタービンハウジング13の排気排出口13bから排出され、排気ガス浄化装置によって浄化された後に大気に放出される。
タービンインペラ17は、インペラシャフト10を介してコンプレッサインペラ18と一体的に連結されているため、タービンインペラ17が回転することでコンプレッサインペラ18も回転する。コンプレッサインペラ18の回転により、吸気通路24aを介して吸気口15bからコンプレッサ室15aへ導入された空気がディフューザ流路21に送り出される。このとき、ブローバイガスも吸気口15bからディフューザ流路21に導入される。取り込まれた空気は、ディフューザ流路21内を流動することで圧縮される。圧縮された空気は、コンプレッサスクロール流路20を通り排気口(図示せず)を介して車載内燃機関に供給される。
車載内燃機関の冷却水は、入口29aを介して冷却用流路29に導入され、導入流路29c、流路本体29f及び導出流路29dを流通した後、出口29bから冷却用流路29外へ導出される。冷却水は、出口29bから連通路33を介してウォータジャケット25に流入する。ウォータジャケット25を流通した冷却水の一部は、導出管32から導出される。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)コンプレッサハウジング15にディフューザ面15fを冷却するための冷却用流路29を設けるとともに、吸気配管24にブローバイガスを暖めるためのウォータジャケット25を設け、その冷却用流路29とウォータジャケット25を連通させた。そして、冷却用流路29で冷却水を流通させた後、その冷却水をウォータジャケット25で流通させるようにした。このため、冷却水によってディフューザ面15fを冷却し、ディフューザ面15fの温度を低下させることができる。よって、ディフューザ面15fの温度を、オイル等が固化する温度より低く維持して、オイル等の固化を抑制することができる。
また、冷却水が冷却用流路29を流通する際、圧縮された空気によって冷却水が加熱される。このため、冷却用流路29からウォータジャケット25に流れ込む冷却水は、冷却用流路29への導入前より温度が上昇している。そして、温度上昇した冷却水によって、吸気通路24aとブローバイガス環流通路31aとの接続部付近を暖めることができる。このため、吸気通路24aに導入されたブローバイガス中の水蒸気が凍結することを抑制することができる。
したがって、オイル等の固化抑制と、水蒸気の凍結抑制とを、冷却用流路29及びウォータジャケット25を流通する冷却水で行うことができ、しかも、オイル等の固化抑制は温度上昇前の冷却水で行い、水蒸気の凍結抑制を温度上昇後の冷却水で行うことができる。その結果として、オイル等の固化抑制と、水蒸気の凍結抑制とを効率良く両立させることができる。
(2)冷却用流路29とウォータジャケット25を連通路33を介して連通させた。このため、オイル等の固化抑制のための冷却水回路と、水蒸気の凍結抑制のための冷却水回路とを繋ぎ、1回路とすることができる。したがって、例えば、オイル等の固化抑制のための冷却水回路と、水蒸気の凍結抑制のための冷却水回路とを別々とする場合と比べて、ターボチャージャ11に必要な配管を減らすことができ、体格も大型化しない。
(3)コンプレッサハウジング15は、冷却用流路29に連通し、かつ接続端面15gで開口した出口29bを備える。また、吸気配管24は、ウォータジャケット25に連通し、かつ接続用フランジ27に開口する連通路33に入口を備える。そして、コンプレッサハウジング15に吸気配管24を接続するだけで、冷却用流路29とウォータジャケット25を連通させることができる。また、冷却用流路29とウォータジャケット25とを一繋ぎとすることができ、例えば、冷却用流路29の出口29bと、連通路33の入口とを配管を介して連通させる場合と比べると、部品点数を減らすことができる。
(4)冷却用流路29の入口29aは、コンプレッサハウジング15の下部に位置し、冷却用流路29の出口29bは、入口29aより下方に設けられている。このため、冷却用流路29における流路本体29fを円形状に近いC型とすることができ、その流路本体29fをディフューザ流路21のほぼ全体に沿わせることができる。このため、ディフューザ面15fのほぼ全体を冷却水によって冷却することができる。
(5)冷却用流路29とウォータジャケット25に、車載内燃機関の冷却水を流通させた。冷却水は、80℃〜100℃である。このため、圧縮後には200℃前後にまで温度上昇する空気が流通するディフューザ面15fを、冷却水によって効果的に冷却できる。また、80℃〜100℃より温度が上昇した冷却水がウォータジャケット25に流通することにより、水蒸気の凍結を効果的に抑制することができる。
(6)ウォータジャケット25は、吸気配管24での空気の流通方向において、吸気通路24aとブローバイガス環流通路31aとの接続部より下流側に設けた。このため、ブローバイガスの導入直後にブローバイガスを暖めることができ、ブローバイガスに含まれる水蒸気の凍結を効果的に抑制することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 冷却用流路29は、ディフューザ流路21での冷却水の流通方向に沿う長さのほぼ全体に沿っていなくてもよく、冷却用流路29は、ディフューザ流路21での流通方向に沿う長さの一部に沿って配置されていてもよい。
○ 冷却用流路29の入口29aと、出口29bの位置は適宜変更してもよく、この場合、冷却用流路29の出口29bに合わせて連通路33の位置を変更する。
○ 少なくともブローバイガス環流通路31aと吸気通路24aとの接続部付近を暖めることができれば、ウォータジャケット25は、吸気通路24aを全周に亘って囲む形状であってもよいし、接続部付近だけを囲む形状であってもよい。
○ 冷却用流路29及びウォータジャケット25を流通する流体は、冷却水でなくてもよく、オイルやエアであってもよい。
○ 加熱用流路としてウォータジャケット25に具体化したが、吸気配管24の外周面に、別体の配管を配置して加熱用流路としてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(イ)前記冷却用流路は、前記ディフューザ流路での冷却水の流通方向に沿う長さ全体に沿っているターボチャージャ。
(ロ)前記流体は、車載内燃機関の冷却水であるターボチャージャ。
(ハ)前記加熱用流路は、前記吸気通路での空気の流通方向において、前記吸気通路と前記ブローバイガス環流通路との接続部より下流側にあるターボチャージャ。
11…ターボチャージャ、15…コンプレッサハウジング、15a…コンプレッサ室、15b…吸気口、15f…ディフューザ面、15g…接続端面、18…コンプレッサインペラ、21…ディフューザ流路、24…吸気配管、24a…吸気通路、25…加熱用流路としてのウォータジャケット、27…接続用フランジ、29…冷却用流路、29a…入口、29b…出口、31a…ブローバイガス環流通路、33…加熱用流路の入口を構成する連通路。

Claims (2)

  1. コンプレッサハウジングのコンプレッサ室に収容されたコンプレッサインペラと、
    前記コンプレッサ室と連通した吸気口と、
    前記コンプレッサ室と連通し、かつ前記コンプレッサ室を囲繞するディフューザ流路と、
    前記ディフューザ流路に面したディフューザ面と、
    前記ディフューザ面に沿って配置され、かつ前記ディフューザ面を冷却するための流体を流通させる冷却用流路と、
    前記吸気口に連通する吸気通路と、
    前記吸気通路にブローバイガスを導入するためのブローバイガス環流通路と、
    少なくとも前記ブローバイガス環流通路と前記吸気通路との接続部に配置され、かつ前記ブローバイガスを暖めるための流体が流通する加熱用流路と、を備え、
    前記冷却用流路と前記加熱用流路とが連通し、前記冷却用流路に導入された流体が、該冷却用流路を流通した後、前記加熱用流路に流通することを特徴とするターボチャージャ。
  2. 前記コンプレッサハウジングは、前記吸気口を取り囲む接続端面を備え、前記冷却用流路の出口は前記接続端面に位置し、
    前記吸気通路は吸気配管内に設けられ、前記吸気配管は、前記接続端面と接続される接続用フランジを備え、前記加熱用流路の入口は前記接続用フランジに位置し、
    前記接続端面と前記接続用フランジの接続部で、前記冷却用流路と前記加熱用流路が連通している請求項1に記載のターボチャージャ。
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