(57)【要約】【課題】シュラウド部２４の中でも、シュラウド面３２と対向する部分を強く冷却し、冷却の効率を高めること。【解決手段】タービンハウジング１２と、タービンハウジング１２の排ガス通路２２内に配置されるタービンインペラ１８とを有し、タービンハウジング１２には冷却水が流れる冷却水流路２６が形成されており、タービンインペラ１８にはタービンハウジング１２と対向する位置にシュラウド面３２が形成されているターボチャージャーであって、タービンハウジング１２を冷却する冷却水のうち、シュラウド面３２の近傍を流れる冷却水が吸収する熱量を、シュラウド面３２の近傍以外を流れる同じ量の冷却水が吸収する熱量よりも大きくする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンハウジングと、
前記タービンハウジングの排ガス通路内に配置されるタービンインペラとを有し、
前記タービンハウジングには冷却水が流れる冷却水流路が形成されており、
前記タービンインペラには前記タービンハウジングと対向する位置にシュラウド面が形成されている、
ターボチャージャーであって、
前記冷却水流路において、前記シュラウド面の近傍を流れる冷却水が吸収する熱量は、前記シュラウド面の近傍以外を流れる同じ量の冷却水が吸収する熱量よりも大きいことを特徴とする、
ターボチャージャー。
【請求項２】
請求項１に記載のターボチャージャーであって、
前記冷却水流路の内壁のうち、前記シュラウド面の近傍の内壁の表面積は、前記シュラウド面の近傍以外の内壁の表面積よりも大きいことを特徴とする、
ターボチャージャー。
【請求項３】
請求項１または２に記載のターボチャージャーであって、
前記冷却水流路の内壁のうち、前記シュラウド面の近傍の内壁には突起部が設けられていることを特徴とする、
ターボチャージャー。
【請求項４】
請求項３に記載のターボチャージャーであって、
前記突起部はリブによって構成されており、
前記リブの延びる方向は、前記タービンインペラの径方向であることを特徴とする、
ターボチャージャー。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のターボチャージャーであって、
前記シュラウド面の近傍における前記冷却水流路の内壁から前記タービンハウジングの内面までの距離は、前記シュラウド面の近傍以外における前記冷却水流路内壁から前記タービンハウジングの表面までの距離よりも短いことを特徴とする、
ターボチャージャー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャー、特にタービンハウジングに冷却水の流路を有し、タービンハウジングの温度上昇を抑制することができるターボチャージャーに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンハウジングのうちシュラウド部は、内燃機関から高温の排ガスが流れ込むことにより温度が高くなるため、熱変形しやすい。シュラウド部が熱変形すると、タービンハウジングとタービンインペラとの間のチップクリアランスが拡大もしくは縮小する。これにより、ターボチャージャーの性能が低下するという課題があった。
【０００３】
この課題に関連して、特許文献１には、シュラウド部の温度上昇を抑制することを目的として、タービンハウジングに冷却水の流路を設けたターボチャージャーが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３６６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のターボチャージャーでは、冷却水流路の周囲は冷却水により均一に冷却されている。すなわち、シュラウド部の中でもどこの温度が特に高くなるかが分かっていなかった。
【０００６】
一方、本願発明者の研究によれば、シュラウド部の中でも、タービンインペラのシュラウド面と対向する部分の温度が最も高く熱変形を起こしやすいということが分かった。そのため、この部分の温度が十分低くなるように、冷却水の流量等を設定する必要がある。このため、冷却水流路の周囲のうち、温度のそれほど高くない部分を必要以上に冷却することとなり、冷却効率が悪い。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るターボチャージャーは、タービンハウジングと、前記タービンハウジングの排ガス通路内に配置されるタービンインペラとを有し、前記タービンハウジングには冷却水が流れる冷却水流路が形成されており、前記タービンインペラには前記タービンハウジングと対向する位置にシュラウド面が形成されている、ターボチャージャーであって、前記冷却水流路において、前記シュラウド面の近傍を流れる冷却水が吸収する熱量は、前記シュラウド面の近傍以外を流れる同じ量の冷却水が吸収する熱量よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るターボチャージャーにおいて、前記冷却水流路の内壁のうち、前記シュラウド面の近傍の内壁の表面積は、前記シュラウド面の近傍以外の内壁の表面積よりも大きいことが望ましい。
【０００９】
また、本発明に係るターボチャージャーにおいて、前記冷却水流路の内壁のうち、前記シュラウド面の近傍の内壁には突起部が設けられていることが望ましい。
【００１０】
また、本発明に係るターボチャージャーにおいて、前記突起部はリブによって構成されており、前記リブの延びる方向は、前記タービンインペラの径方向であることが望ましい。
【００１１】
また、本発明に係るターボチャージャーにおいて、前記シュラウド面の近傍における前記冷却水流路の内壁から前記タービンハウジングの内面までの距離は、前記シュラウド面の近傍以外における前記冷却水流路内壁から前記タービンハウジングの表面までの距離よりも短いことが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シュラウド部のうち、シュラウド面と対向する部分をより強く冷却することができ、タービンハウジングの冷却効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例のターボチャージャー全体を示す図である。
【図２】（A）は第１の実施例のタービンハウジングの断面図である。（B）は図２（A）のA−A断面図である。
【図３】図２（A）のシュラウド部周辺の断面図である。
【図４】第２の実施例の、図２（Ｂ）に対応する断面図である。
【図５】第３の実施例の突起部周辺の断面図である。
【図６】第４の実施例の突起部周辺の断面図である。
【図７】第５の実施例のシュラウド部周辺の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の第１の実施例について、図面に基づいて説明する。まず、図１を用いて、ターボチャージャーの全体構成について説明する。図１に示すように、ターボチャージャー１０は、タービンハウジング１２と、センターハウジング１４と、コンプレッサーハウジング１６とを有する。また、タービンハウジング１２内には、タービンインペラ１８を有する。タービンハウジング１２には図示しない内燃機関から排ガスが送られ、その排ガスによりタービンインペラ１８が回転する。タービンインペラ１８の回転は、コンプレッサーハウジング１６内の、図示しないコンプレッサーインペラに伝えられ、コンプレッサーハウジング１６内に供給された空気を圧縮する。圧縮された空気は、図示しない内燃機関へと送られる。
【００１５】
次に、内燃機関から供給された排ガスの動きについて詳しく説明する。図示しない内燃機関から供給された高温の排ガスは、まずタービンハウジング１２のスクロール２０内に送られる。なお、スクロール２０とは、図２（A）に示すように、タービンハウジング１２の一部であって、タービンインペラ１８よりも上流側に位置する渦巻形の排ガスの通路である。スクロール２０内に送られた排ガスは、スクロール２０の内側に位置するタービンインペラ１８と、タービンハウジング１２の内壁との間を通る。その際、タービンインペラ１８は排ガスの運動エネルギーを受け取り、回転する。エネルギーを奪われ、排ガス通路２２に送られた排ガスは、温度も圧力も下がっている。
【００１６】
したがって、タービンハウジング１２のうち、排ガス通路２２より上流側の、排ガスの通る通路の近傍部は、高温の排ガスから熱を受け取り非常に高温となる。その中でも、スクロール２０とタービンインペラ１８との間の狭い通路の外側に位置する、シュラウド部２４の温度は特に高くなる。なお、シュラウド部２４とは、図３に示すように、タービンハウジング１２のうちタービンインペラ１８と隣接する部分である。これは、この部分の排ガスの速度は速く、排ガスとタービンハウジング１２の壁面との間の熱伝達係数が大きくなるため、タービンハウジング１２が排ガスから多くの熱量を受け取るからである。
【００１７】
次に、タービンハウジング１２を冷却するシステムについて説明する。タービンハウジング１２には、シュラウド部２４の温度が高くなることによる熱変形を抑制するため、冷却水流路２６が設けられている。また、この冷却水流路２６の壁面のうちタービンハウジング１２の壁を挟んでシュラウド面３２と対向する位置には、図２（Ａ）に示すように、突起部３４が設けられている。この突起部３４は、図２（Ｂ）に示すように、タービンインペラ１８の回転軸を中心として、放射状に配置されている。また、突起部３４は、タービンインペラ１８の径方向に伸びる稜線を持つ、リブ形状をしている。
【００１８】
この冷却水流路２６には、図示しないウォーターポンプにより冷却水が送られる。冷却水入口２８から冷却水流路２６内へと送られた冷却水は、冷却水流路２６の内壁から熱を吸収する。熱を吸収して温度の上がった冷却水は、冷却水出口３０を通り、図示しないラジエータへと送られる。ラジエータに送られた冷却水は、熱を奪われ温度が下げられた後、ウォーターポンプへ再度送られる。以上のように、冷却水により冷却水流路２６の内壁から熱が奪われることで、冷却水流路２６の周囲のシュラウド部２４の温度上昇は抑制され、シュラウド部２４の熱膨張による変形の発生が抑制される。なお、冷却水流路２６に送られるのは水に限られず、オイル等であってもよい。
【００１９】
なお、本発明者の研究によれば、シュラウド部２４のうちシュラウド面３２の近傍の温度が最も高い。シュラウド面３２とは、図３に示すように、タービンインペラ１８のうちシュラウド部２４と対向する面である。第１の実施例のターボチャージャー１０は、冷却水流路２６の壁面のうちシュラウド面３２の近傍に突起部３４を有している。そのため、シュラウド面３２の近傍の冷却水流路２６の壁面の表面積が大きくなり、放熱量が大きくなるため、シュラウド面３２の近傍におけるタービンハウジング１２の温度を優先して下げることができる。したがって、ラジエータファンの回転数やウォーターポンプの回転数を大きくすることなく、タービンハウジング１２の熱変形を抑制でき、チップクリアランスの増減に伴うターボチャージャー１０の性能悪化を抑制することができる。
【００２０】
また、突起部３４はリブ形状をしているため、突起部３４付近におけるタービンハウジング１２の剛性を高めることができる。このため、タービンハウジング１２の熱変形を抑制することができる。
【００２１】
また、突起部３４と冷却水流路２６との境界付近では冷却水の流れがよどむため、局所的な冷却水の沸騰が促進される。この沸騰により気泡が生じる際、冷却水は冷却水流路２６の壁面から気化熱を奪う。この局所的な沸騰はサブクール沸騰と呼ばれる。したがって、第１の実施例のターボチャージャー１０は、突起部３４により、シュラウド面３２近傍の冷却水流路２６壁面におけるサブクール沸騰が促進され、シュラウド面３２近傍のタービンハウジング１２の冷却を促進することができる。
【００２２】
次に本発明の第２の実施例を示す。上述の第１の実施例では、突起部３４はタービンインペラ１８の回転軸を中心に、放射状に一定の間隔をもって配置されている。それに対し第２の実施例では、図４に示すように、冷却水流路２６の内壁のうちタング部３６近傍において、突起部３４が密に配置されている。
【００２３】
タング部３６とは、スクロール２０の経路が重なる部分であり、特に高温となることが知られている。そのため、図４のようにタング部３６の近傍に突起部３４を密に設けることにより、タング部３６の温度を優先して下げることができ、タング部３６付近のタービンハウジング１２の熱変形を抑制することができる。
【００２４】
次に本発明の第３の実施例を示す。上述の第１の実施例および第２の実施例では、突起部３４は、タービンインペラ１８の径方向に伸びる稜線を持つ、リブ形状としている。それに対し第３の実施例の突起部３４は、図５のように、冷却水流路２６の壁面に対して冷却水の流れる方向に傾けて設置している。なお、図５中の矢印は、冷却水の流れる方向を示している。
【００２５】
突起部３４を以上のような形状とすることにより、冷却水の進行方向側の突起部３４の側面と、冷却水流路２６の壁面との境界（図５中の点線にて囲まれた領域）付近において、冷却水がよどみやすくなり、サブクール沸騰の発生が促進される。
【００２６】
次に本発明の第４の実施例を示す。上述の第３の実施例では、突起部３４は冷却水流路２６の壁面に対して冷却水の流れる方向に傾けて設置されている。それに対し第４の実施例では、図６のように、突起部３４は冷却水流路２６の壁面に近いほど、その厚さが薄くなっている。なお、図６中の矢印は、冷却水の流れる方向を示している。
【００２７】
突起部３４をこのような形状とすることにより、突起部３４の側面と、冷却水流路２６の壁面との境界（図６中の点線にて囲まれた領域）付近において冷却水がよどみやすくなり、サブクール沸騰が促進される。
【００２８】
なお、第１の実施例から第４の実施例では、突起部３４はタービンインペラ１８の径方向に稜線を持つリブ形状としている。しかし、シュラウド面３２近傍のタービンハウジング１２の冷却を促進するという効果を得るためには、この構成に限定されない。すなわち、冷却水流路２６の壁面において、シュラウド面３２近傍の内壁の表面積が、シュラウド面３２の近傍以外の内壁の表面積よりも大きくなればよい。例えば、突起部３４はリブ形状ではなく棒状であってもよい。また、突起部３４が設けられている位置におけるタービンハウジング１２の内壁にＶ溝を設けてもよいし、表面を粗く形成することにより、微小な突起部３４を設けてもよい。
【００２９】
また、第１の実施例から第４の実施例では、複数ある突起部３４は全て同じ形状としたが、これに限定されない。例えば、タング部３６の近傍など、突起部３４を密に設ける必要のある位置においては、突起部３４を薄くしてもよい。また、シュラウド部２４の剛性が必要である場合において突起部３４を厚くし、シュラウド部２４の剛性を高めてもよい。
【００３０】
次に本発明の第５の実施例を示す。第５の実施例のターボチャージャー１０は、図７に示すように、冷却水流路２６を囲むタービンハウジング１２のうち、シュラウド面３２の近傍のタービンハウジング３８の厚さは、シュラウド面３２近傍ではないタービンハウジング３８ａ、３８ｂ、３８ｃの厚さよりも薄くなっている。
【００３１】
タービンハウジング１２をこのような形状とすることにより、シュラウド面３２の近傍のタービンハウジング３８の熱抵抗は、シュラウド面３２近傍以外のタービンハウジング３８ａ、３８ｂ、３８ｃの熱抵抗よりも小さくなる。そのため、シュラウド面３２近傍のタービンハウジング３８の温度を優先して下げることができる。したがって、ラジエータファンの回転数やウォーターポンプの回転数を大きくすることなく、タービンハウジング１２の熱変形を抑制でき、チップクリアランスの増減に伴うターボチャージャー１０の性能悪化を抑制することができる。
【００３２】
なお、第１の実施例から第５の実施例においては、タービンハウジング１２を挟んでシュラウド面３２と対向する位置にある冷却水流路２６の壁面を、シュラウド面３２の近傍の冷却水流路２６の壁面とするとともに、この部分の壁面に沿って流れる冷却水を、シュラウド面３２近傍を流れる冷却水としている。しかし、本発明に係るターボチャージャー１０は、タービンハウジング１２のうち、シュラウド面３２と対向する部分を、他の部分に比べて強く冷却する構成であればよい。そのため、シュラウド面３２近傍を流れる冷却水の位置は第１の実施例から第５の実施例にて定めたものに限定されない。例えば、冷却水流路２６の壁面のうちシュラウド面３２からの距離がある所定値以下の範囲を、シュラウド面３２の近傍の冷却水流路２６の壁面とするとともに、この部分の壁面に沿って流れる冷却水を、シュラウド面３２近傍を流れる冷却水としてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０・・・ターボチャージャー、１２・・・タービンハウジング、１４・・・センターハウジング、１６・・・コンプレッサーハウジング、１８・・・タービンインペラ、２０・・・スクロール、２２・・・排ガス通路、２４・・・シュラウド部、２６・・・冷却水流路、２８・・・冷却水入口、３０・・・冷却水出口、３２・・・シュラウド面、３４・・・突起部、３６・・・タング部、３８・・・シュラウド面近傍のタービンハウジング、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ・・・シュラウド面近傍以外のタービンハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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