JP2019167931A - コンプレッサ用冷却機構 - Google Patents

Abstract

【課題】コンプレッサ翼車によって圧縮されたガスの温度が高温になることを抑制することができるコンプレッサ用冷却機構を提供する。【解決手段】コンプレッサ用冷却機構６０は、ガス入口部４４から内部に流入したガスがガス出口部４５から排出されるまでに通過する内部ガス通路４６を有するコンプレッサハウジング３８と、内部ガス通路に配置されて、内部ガス通路のガスを圧縮するコンプレッサ翼車３９と、を備えるコンプレッサ３２に適用されたコンプレッサ用冷却機構であって、コンプレッサハウジングには、内部ガス通路を通過するガスを冷却する冷媒が通過する内部冷媒通路６４が設けられていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本開示はコンプレッサ用冷却機構に関する。

従来、コンプレッサとして、ガス入口部から内部に流入したガスがガス出口部から排出されるまでに通過する内部ガス通路を有するコンプレッサハウジングと、この内部ガス通路に配置されて、この内部ガス通路のガスを圧縮するコンプレッサ翼車と、を備えるものが知られている（例えば特許文献１参照）。具体的には、この特許文献１には、このようなコンプレッサとして、エンジンの吸気を過給する過給機のコンプレッサが開示されている。

特開２０１７−１５０３５５号公報

コンプレッサの内部ガス通路のガスは、コンプレッサ翼車によって圧縮されることで、その温度が上昇する。これに関して、従来のコンプレッサの場合、内部ガス通路のガスを冷却できる構造になっていないので、コンプレッサ翼車によって圧縮されたガスの温度が想定よりも上昇し過ぎてしまい、高温になるおそれがあった。

本開示は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、コンプレッサ翼車によって圧縮されたガスの温度が高温になることを抑制することができるコンプレッサ用冷却機構を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の態様に係るコンプレッサ用冷却機構は、ガス入口部から内部に流入したガスがガス出口部から排出されるまでに通過する内部ガス通路を有するコンプレッサハウジングと、前記内部ガス通路に配置されて、前記内部ガス通路のガスを圧縮するコンプレッサ翼車と、を備えるコンプレッサに適用されたコンプレッサ用冷却機構であって、前記コンプレッサハウジングには、前記内部ガス通路を通過するガスを冷却する冷媒が通過する内部冷媒通路が設けられていることを特徴とする。

本発明の態様によれば、内部冷媒通路の冷媒によって、内部ガス通路のガスを冷却することができるので、コンプレッサ翼車によって圧縮されたガスの温度が高温になることを抑制することができる。

実施形態に係る車両の一部の構成を模式的に示す構成図である。 実施形態に係る過給機の模式的断面図である。 図３（ａ）は変形例１に係るコンプレッサの模式的断面図である。図３（ｂ）は変形例２に係るコンプレッサの模式的断面図である。

以下、本実施形態に係るコンプレッサ用冷却機構６０について、図面を参照しつつ説明
する。具体的には、まず初めに、コンプレッサ用冷却機構６０が搭載された車両１の概略構成について説明し、次いで、コンプレッサ用冷却機構６０について説明する。図１は、本実施形態に係る車両１の一部の構成を模式的に示す構成図である。車両１の種類は特に限定されるものではなく、商用車、乗用車等の種々の車両を用いることができる。本実施形態では、車両１の一例として、商用車、具体的にはトラックを用いている。

車両１は、エンジン１０、吸気通路１３、排気通路１４、ラジエータ１５、ポンプ１６、エンジン冷媒循環通路１７、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システム２０、ＥＧＲ冷媒循環通路２４、過給機３０、インタークーラ５０、インタークーラ冷媒循環通路５１、及び、コンプレッサ用冷却機構６０を備えている。なお、本実施形態に係るコンプレッサ用冷却機構６０は、一例として、過給機３０のコンプレッサ３２に適用されている。

エンジン１０は、シリンダブロック、シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッド、シリンダブロックに形成された気筒１１（シリンダ）内に配置されたピストン、ピストンにコンロッドを介して接続されたクランクシャフト等を備えている。なお、エンジン１０の具体的な種類は特に限定されるものではなく、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の種々のエンジンを用いることができる。本実施形態では、エンジン１０の一例として、ディーゼルエンジンを用いている。

吸気通路１３は、エンジン１０に吸入される吸気が通過する通路である。吸気通路１３の下流側端部は、エンジン１０の各吸気ポートに接続されている。排気通路１４は、エンジン１０から排出された排気が通過する通路である。排気通路１４の上流側端部は、エンジン１０の各排気ポートに接続されている。

エンジン１０の内部には、冷媒が通過するウォータージャケット１２が設けられている。なお、本実施形態においては、冷媒の一例として、水を主成分とする冷媒（すなわち冷却水）を用いている。

エンジン冷媒循環通路１７は、エンジン１０のウォータージャケット１２から排出された冷媒が再びウォータージャケット１２に流入するまでに通過する冷媒循環通路である。具体的には、本実施形態に係るエンジン冷媒循環通路１７は、ラジエータ１５、ポンプ１６及びウォータージャケット１２を連通するように配管されている。ポンプ１６は、冷媒を圧送する冷媒ポンプによって構成されている。ポンプ１６によって圧送された冷媒はウォータージャケット１２に流入する。ウォータージャケット１２に流入した冷媒は、このウォータージャケット１２を通過する際にエンジン１０との間で熱交換を行うことで、エンジン１０を冷却する。エンジン１０を冷却した後の冷媒は、エンジン１０の熱を受熱することで高温になるが、この高温になった冷媒は、ラジエータ１５に流入し、ラジエータ１５において空気（外気）との間で熱交換を行うことで、その温度が低下する。ラジエータ１５を経由した冷媒は、再びポンプ１６によって圧送されて、ウォータージャケット１２に流入する。

ＥＧＲシステム２０は、ＥＧＲ通路２１を備えるとともに、ＥＧＲ通路２１に配置されたＥＧＲバルブ２２及びＥＧＲクーラ２３を備えている。本実施形態に係るＥＧＲ通路２１は、排気通路１４における排気マニホールドの部分と吸気通路１３における吸気マニホールドの部分とを連通している。ＥＧＲバルブ２２は、制御装置（図示せず）によって制御されて開閉することで、ＥＧＲ通路２１を開閉する。ＥＧＲバルブ２２が開弁状態になることで、排気通路１４（排気マニホールドの部分）の排気の一部は、ＥＧＲ通路２１を通過して、吸気通路１３（吸気マニホールドの部分）に導入される。ＥＧＲクーラ２３は、ＥＧＲ通路２１を通過する排気（すなわちＥＧＲガス）を、冷媒との熱交換によって冷却する熱交換器である。

ＥＧＲ冷媒循環通路２４は、ＥＧＲクーラ２３から排出された冷媒が再びＥＧＲクーラ２３に流入するまでに通過する冷媒循環通路である。具体的には、本実施形態に係るＥＧＲ冷媒循環通路２４は、ＥＧＲクーラ２３及びポンプ１６を連通するように配管されている。ポンプ１６によって圧送されてＥＧＲクーラ２３に流入した冷媒は、ＥＧＲクーラ２３を通過した後に再びポンプ１６に導入される。

過給機３０は、エンジン１０の吸気を過給する装置である。本実施形態においては、この過給機３０の一例として、排気のエネルギを受けて駆動してエンジン１０の吸気を過給するターボチャージャを用いている。

図２は、過給機３０の構成を説明するための模式的断面図である。なお、図２には、参考用としてＸ−Ｙ−Ｚの直交座標が設けられている。このＸ軸は、過給機３０の回転中心軸線１００（回転中心を示す線）に平行な軸となっている。過給機３０は、タービン３１、コンプレッサ３２、回転シャフト３３、軸受３４、及び、軸受ハウジング３５を備えている。

タービン３１は、タービンハウジング３６と、その内部に収容されたタービン翼車３７とを備えている。なお、タービン翼車３７は、複数個のタービン翼を有する翼車によって構成されている。コンプレッサ３２は、コンプレッサハウジング３８と、その内部に収容されたコンプレッサ翼車３９とを備えている。コンプレッサ翼車３９は、複数個のコンプレッサ翼を有する翼車によって構成されている。タービン翼車３７は回転シャフト３３の一方の端部側に接続され、コンプレッサ翼車３９は回転シャフト３３の他方の端部側に接続されている。回転シャフト３３は、タービン翼車３７及びコンプレッサ翼車３９の回転軸としての機能を有している。軸受３４は、回転シャフト３３を回転可能に軸支する軸受であり、軸受ハウジング３５に収容されている。

タービンハウジング３６には、タービンハウジング３６の排気入口部４０（図１に図示されている）から内部に流入した排気がタービンハウジング３６の排気出口部４１から排出されるまでの間に通過する内部排気通路４２が設けられている。内部排気通路４２の排気入口部４０の近傍箇所には、タービンスクロール部４３が設けられている。タービン翼車３７は、この内部排気通路４２の通路途中に配置されている。

コンプレッサハウジング３８には、コンプレッサハウジング３８の吸気入口部４４から内部に流入した吸気がコンプレッサハウジング３８の吸気出口部４５（図１に図示されている）から排出されるまでの間に通過する内部吸気通路４６（すなわち、「内部ガス通路」）が設けられている。内部吸気通路４６の吸気出口部４５の近傍箇所には、コンプレッサスクロール部４７が設けられている。コンプレッサ翼車３９は、この内部吸気通路４６の通路途中に配置されている。

エンジン１０から排出された排気は、排気入口部４０から内部排気通路４２に流入し、次いで、内部排気通路４２におけるタービンスクロール部４３に流入し、次いで、タービン翼車３７に導入されて、タービン翼車３７を回転させ、次いで、排気出口部４１から排出される。タービン翼車３７が回転すると、回転シャフト３３を介してタービン翼車３７に接続されたコンプレッサ翼車３９も回転する。コンプレッサ翼車３９が回転することによって、コンプレッサ翼車３９は吸気を圧縮する（すなわち、吸気を過給する）。この過給された吸気はコンプレッサスクロール部４７を通過し、次いで吸気出口部４５から排出される。吸気出口部４５から排出された吸気は、インタークーラ５０を経由した後に、エンジン１０に吸入される。このようにして本実施形態に係る過給機３０は吸気を過給して
いる。

図１を再び参照して、インタークーラ５０は、吸気通路１３における過給機３０のコンプレッサ３２よりも下流側の部分に配置されており、コンプレッサ３２によって過給された後の吸気を冷媒との熱交換によって冷却する熱交換器である。

インタークーラ冷媒循環通路５１は、インタークーラ５０から排出された冷媒が再びインタークーラ５０に流入するまでに通過する冷媒循環通路である。具体的には、本実施形態に係るインタークーラ冷媒循環通路５１は、後述するラジエータ６１、後述するポンプ６２、及び、インタークーラ５０を連通するように配管されている。なお、本実施形態に係るインタークーラ冷媒循環通路５１の一部は、後述するコンプレッサ冷媒循環通路６３の一部と合流している。

以上のような車両１に、本実施形態に係るコンプレッサ用冷却機構６０は搭載されている。続いて、コンプレッサ用冷却機構６０について説明する。

コンプレッサ用冷却機構６０は、ラジエータ６１、ポンプ６２、過給機３０のコンプレッサハウジング３８に設けられた内部冷媒通路６４（図２に図示されている）、及び、コンプレッサ冷媒循環通路６３を備えている。コンプレッサ冷媒循環通路６３は、内部冷媒通路６４から排出された冷媒が再び内部冷媒通路６４に流入するまでに通過する冷媒循環通路である。具体的には本実施形態に係るコンプレッサ冷媒循環通路６３は、ラジエータ６１、ポンプ６２、及び、内部冷媒通路６４を連通するように配管されている。ポンプ６２は、冷媒を圧送する冷媒ポンプによって構成されている。

ここで、本実施形態に係るコンプレッサ冷媒循環通路６３は、エンジン冷媒循環通路１７に交わることなく、このエンジン冷媒循環通路１７とは独立して設けられている。これにより、コンプレッサハウジング３８の内部冷媒通路６４には、エンジン１０を冷却する冷媒（エンジン冷媒循環通路１７の冷媒）とは別の冷媒が導入されている。この結果、コンプレッサ冷媒循環通路６３を通過する冷媒の温度は、このエンジン冷媒循環通路１７の冷媒温度よりも低い温度になっている。これにより、後述する内部冷媒通路６４の冷媒の温度を、この冷媒によって冷却される吸気の温度よりも低温に維持することが容易になっている。

図２を参照して、コンプレッサ３２の内部冷媒通路６４は、コンプレッサハウジング３８の内部に設けられている。具体的には、内部冷媒通路６４は、コンプレッサハウジング３８における内部吸気通路４６の周囲の部分に設けられている。より具体的には、本実施形態に係る内部冷媒通路６４は、コンプレッサ翼車３９よりも下流側の内部吸気通路４６の周囲の部分に設けられている。

この一例として、本実施形態に係る内部冷媒通路６４は、コンプレッサスクロール部４７の周囲の部分に設けられている。より具体的には、内部冷媒通路６４は、コンプレッサスクロール部４７の周囲の部分に、リング状（回転中心軸線１００を中心としたリング状）に設けられている。

この内部冷媒通路６４は、コンプレッサ冷媒循環通路６３（図１）に組み込まれている。この内部冷媒通路６４には、ポンプ６２によって圧送された冷媒が導入される。この内部冷媒通路６４に導入された冷媒は、内部冷媒通路６４を通過する間に、内部吸気通路４６の吸気（ガス）との間で熱交換を行うことで、内部吸気通路４６の吸気を冷却する。

具体的には、本実施形態に係る内部冷媒通路６４は、コンプレッサ翼車３９よりも下流
側の内部吸気通路４６の周囲に設けられているので、コンプレッサ翼車３９によって圧縮された吸気（具体的には、圧縮直後の吸気）を直接的に冷却している。この吸気を冷却した後の冷媒は、図１に示すように、コンプレッサ冷媒循環通路６３を通過してラジエータ６１に戻り、ラジエータ６１において空気との間で熱交換を行うことで、冷却されて、再びポンプ６２によって圧送されて内部冷媒通路６４に導入される。

続いて、本実施形態の作用効果について説明する。まず、本実施形態によれば、コンプレッサハウジング３８に内部冷媒通路６４が設けられているので、この内部冷媒通路６４の冷媒によって、内部吸気通路４６の吸気（すなわち「内部ガス通路のガス」）を冷却することができる。具体的には、本実施形態によれば、内部吸気通路４６における圧縮直後の吸気を直接的に冷却することができる。これにより、コンプレッサ翼車３９によって圧縮された吸気（ガス）の温度が高温になることを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、上記のように圧縮された吸気の温度が高温になることが抑制されているので、高温になった吸気の熱によってコンプレッサ３２が劣化すること（熱劣化）を抑制することもできる。

また、本実施形態によれば、圧縮された吸気の温度が高温になることが抑制されているので、コンプレッサ翼車３９による吸気の圧縮率（圧縮度合い）を高くすることもできる。すなわち、本実施形態によれば、過給機３０による過給率（過給度合い）を高くすることができる。これにより、エンジン１０の高出力化を図ることができるとともに、排気エミッションの低減化を図ることもできる。

また、本実施形態によれば、図１で説明したように、コンプレッサ冷媒循環通路６３がエンジン冷媒循環通路１７に交わることなく、このエンジン冷媒循環通路１７とは独立して設けられているので、内部冷媒通路６４の冷媒は、エンジン１０を冷却する冷媒とは別の冷媒となっている。したがって、本実施形態によれば、内部冷媒通路６４の冷媒が、エンジン１０を冷却することでエンジン１０の熱を受熱して高温になることを抑制することができる。これにより、内部冷媒通路６４の冷媒による冷却効率を高めることができる。

なお、本実施形態において、車両１はインタークーラ５０を有しているが、この構成に限定されるものではない。本実施形態に係る車両１は、コンプレッサ用冷却機構６０を有しているので、インタークーラ５０を備えていなくても、エンジン１０に吸入される吸気（過給された吸気）を冷却することができる。このため、車両１はインタークーラ５０を備えていない構成とすることもできる。しかしながら、本実施形態のように車両１がインタークーラ５０を備えている場合の方が、これを備えていない場合よりも、エンジン１０に吸入される吸気をより効果的に冷却することができる。この点において、車両１はインタークーラ５０を備えていた方がよい。

（実施形態の変形例１）
続いて、上述した実施形態の変形例１に係るコンプレッサ用冷却機構６０ａについて説明する。図３（ａ）は、本変形例に係るコンプレッサ用冷却機構６０ａが適用されたコンプレッサ３２ａの模式的断面図である。コンプレッサ用冷却機構６０ａは、内部冷媒通路６４に代えて、内部冷媒通路６４ａを備えている点において、図２のコンプレッサ用冷却機構６０と異なっている。

内部冷媒通路６４ａは、内部冷媒通路６４ａの冷媒によって、コンプレッサ翼車３９によって圧縮されている最中の吸気（圧縮中の吸気）が冷却されるような箇所に設けられている。具体的には、本変形例に係る内部冷媒通路６４ａは、「コンプレッサ翼車３９の外周側面に対向する箇所に存在する内部吸気通路４６」の周囲の領域に設けられている。よ
り具体的には、本変形例に係る内部冷媒通路６４ａは、以下のように設けられている。

まず、コンプレッサ翼車３９の外周側面は、Ｘ方向に向かうに従って、その外径が拡大するような形状になっている。また、コンプレッサハウジング３８において、このコンプレッサ翼車３９の外周側面に対向する箇所は、このコンプレッサ翼車３９の外周側面の形状に沿うようにして、コンプレッサ翼車３９の外周側面に近づく方向に突出した形状を有している。そして、このコンプレッサハウジング３８の突出した形状部分の内周面と、コンプレッサ翼車３９の外周側面との間には、吸気が通過する隙間（これを吸気通過隙間と称し、これが、コンプレッサ翼車３９の外周側面に対向する箇所に存在する内部吸気通路４６に相当する）が設けられている。本変形例に係る内部冷媒通路６４ａは、このコンプレッサハウジング３８の突出した形状部分の内部領域のうち、この吸気通過隙間の周囲に存在する部分に、リング状（回転中心軸線１００を中心としたリング状）に設けられている。

本変形例のように、内部冷媒通路６４ａの冷媒によって、圧縮中の吸気が冷却されることによっても、コンプレッサ翼車３９によって圧縮された吸気の温度が高温になることを抑制することができる。この結果、この吸気の温度が高温になることに起因して、コンプレッサ３２ａの部品（例えばコンプレッサ翼車３９等）に熱劣化が生じることを抑制することもできる。また、過給機３０による過給率を高くすることもでき、この結果、エンジン１０の高出力化を図ることができるとともに、排気エミッションの低減化を図ることもできる。

（実施形態の変形例２）
続いて、上述した実施形態の変形例２に係るコンプレッサ用冷却機構６０ｂについて説明する。図３（ｂ）は、本変形例に係るコンプレッサ用冷却機構６０ｂが適用されたコンプレッサ３２ｂの模式的断面図である。コンプレッサ用冷却機構６０ｂは、内部冷媒通路６４に代えて、内部冷媒通路６４ｂを備えている点において、図２のコンプレッサ用冷却機構６０と異なっている。

内部冷媒通路６４ｂは、内部冷媒通路６４ａの冷媒によって、コンプレッサ翼車３９によって圧縮される前の吸気が冷却されるような箇所に設けられている。具体的には、本変形例に係る内部冷媒通路６４ｂは、コンプレッサハウジング３８における内部吸気通路４６の周囲の領域のうち、コンプレッサ翼車３９よりも上流側に存在する内部吸気通路４６の外周側の領域に、リング状（回転中心軸線１００を中心としたリング状）に設けられている。

内部冷媒通路６４ａの冷媒がコンプレッサ翼車３９によって圧縮される前の吸気を冷却することで、コンプレッサ翼車３９には、この冷媒によって冷却されることで温度が低下した冷媒（低温の冷媒）が導入される。

本変形例のように、内部冷媒通路６４ｂの冷媒によって、圧縮前の吸気が冷却されることによっても、コンプレッサ翼車３９によって圧縮された吸気の温度が高温になることを抑制することができる。この結果、この吸気の温度が高温になることに起因して、コンプレッサ３２ｂの部品（例えばコンプレッサ翼車３９等）に熱劣化が生じることを抑制することもできる。また、過給機３０による過給率を高くすることもでき、この結果、エンジン１０の高出力化を図ることができるとともに、排気エミッションの低減化を図ることもできる。

なお、コンプレッサ用冷却機構は、上述した内部冷媒通路６４、内部冷媒通路６４ａ及び内部冷媒通路６４ｂを組み合わせたものを備えていてもよい。具体的には、コンプレッ
サ用冷却機構は、内部冷媒通路６４及び内部冷媒通路６４ａの両方を備えていてもよく、内部冷媒通路６４及び内部冷媒通路６４ｂの両方を備えていてもよく、内部冷媒通路６４ａ及び内部冷媒通路６４ｂの両方を備えていてもよく、内部冷媒通路６４、内部冷媒通路６４ａ及び内部冷媒通路６４ｂの全てを備えていてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 車両
１０ エンジン
１７ エンジン冷媒循環通路
３０ 過給機
３１ タービン
３２，３２ａ，３２ｂ コンプレッサ
３８ コンプレッサハウジング
３９ コンプレッサ翼車
４４ 吸気入口部（ガス入口部）
４５ 吸気出口部（ガス出口部）
４６ 内部吸気通路（内部ガス通路）
６０，６０ａ，６０ｂ コンプレッサ用冷却機構
６１ ラジエータ
６２ ポンプ
６３ コンプレッサ冷媒循環通路
６４，６４ａ，６４ｂ 内部冷媒通路

Claims (2)

1. ガス入口部から内部に流入したガスがガス出口部から排出されるまでに通過する内部ガス通路を有するコンプレッサハウジングと、前記内部ガス通路に配置されて、前記内部ガス通路のガスを圧縮するコンプレッサ翼車と、を備えるコンプレッサに適用されたコンプレッサ用冷却機構であって、
   前記コンプレッサハウジングには、前記内部ガス通路を通過するガスを冷却する冷媒が通過する内部冷媒通路が設けられていることを特徴とするコンプレッサ用冷却機構。
2. 前記コンプレッサは、エンジンの吸気を過給する過給機のコンプレッサであり、
   前記内部冷媒通路は、前記内部冷媒通路から排出された冷媒が再び前記内部冷媒通路に流入するまでに通過するコンプレッサ冷媒循環通路に組み込まれており、
   前記コンプレッサ冷媒循環通路は、前記エンジンから排出された冷媒が再び前記エンジンに流入するまでに通過するエンジン冷媒循環通路に交わることなく、前記エンジン冷媒循環通路とは独立して設けられていることを特徴とする請求項１記載のコンプレッサ用冷却機構。

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