(57)【要約】エンジンに供給される給気を圧縮するためのコンプレッサーホイールを収容するコンプレッサーハウジングの内部には、コンプレッサーホイールで圧縮された給気が流れる渦巻き状のスクロール通路の外周側において周方向に沿って延びる外側冷却通路と、スクロール通路の内周側において周方向に沿って延びる内側冷却通路であって、周方向に沿って延びる分離壁によって外側冷却通路と隔てられる内側冷却通路とが形成される。
2019073584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに供給される給気を圧縮するためのコンプレッサーホイールを収容するコンプレッサーハウジングであって、
前記コンプレッサーハウジングの内部には、
前記コンプレッサーホイールで圧縮された前記給気が流れる渦巻き状のスクロール通路の外周側において周方向に沿って延びる外側冷却通路と、
前記スクロール通路の内周側において周方向に沿って延びる内側冷却通路であって、周方向に沿って延びる分離壁によって前記外側冷却通路と隔てられる内側冷却通路と
が形成されるコンプレッサーハウジング。
【請求項２】
前記外側冷却通路は、前記コンプレッサーホイールの回転軸線に沿った断面において、前記スクロール通路の断面形状に沿って湾曲した断面形状を有する湾曲通路部分を含む、請求項１に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項３】
前記外側冷却通路は、前記コンプレッサーホイールの回転軸線に沿った断面において、前記スクロール通路の断面形状に沿う方向における前記湾曲通路部分の両端縁部の少なくとも一方から平坦に延びる断面形状を有する平坦通路部分をさらに含む、請求項２に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項４】
前記内側冷却通路は、前記コンプレッサーホイールの回転軸線に沿った断面において、前記スクロール通路の断面形状に沿って湾曲した断面形状を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項５】
前記コンプレッサーホイールの回転軸線に沿った断面において、前記内側冷却通路の断面の重心位置を通過し、且つ、前記内側冷却通路の断面において最も長さが大きくなる直線方向を基準長手方向と定義した場合に、前記基準長手方向は前記コンプレッサーホイールの回転軸線に沿った方向である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項６】
前記コンプレッサーハウジングの内部には、前記スクロール通路に連通するとともに前記スクロール通路から前記コンプレッサーホイールの径方向内側に延びるディフューザー通路がさらに形成され、
前記基準長手方向と直交する方向を幅方向とした場合に、前記内側冷却通路の前記幅方向の最大部分が前記重心位置よりもディフューザー通路側にある、請求項５に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項７】
前記コンプレッサーハウジングの内部には、前記スクロール通路に連通するとともに前記スクロール通路から前記コンプレッサーホイールの径方向内側に延びるディフューザー通路がさらに形成され、
前記基準長手方向と直交する方向を幅方向とした場合に、前記内側冷却通路の前記幅方向の最大部分が前記重心位置よりもディフューザー通路とは反対側にある、請求項５に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項８】
前記基準長手方向と直交する方向の前記内側冷却通路の幅は前記外側冷却通路の幅と同じ又はそれよりも大きい、請求項５〜７のいずれか一項に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項９】
前記外側冷却通路と前記コンプレッサーハウジングの外部とを連通する少なくとも２つの第１連通口と、
前記内側冷却通路と前記コンプレッサーハウジングの外部とを連通する少なくとも２つの第２連通口と
を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項１０】
前記コンプレサーハウジングが前記エンジンに対して取り付けられた状態で、前記少なくとも２つの第１連通口及び前記少なくとも２つの第２連通口のうちの少なくとも１つが鉛直方向上向きに開口する、請求項９に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項１１】
前記第１連通口の開口部と前記第２連通口の開口部とは、互いに対して９０°の角度をなしている、請求項９または１０に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項１２】
前記少なくとも２つの第１連通口のうちの１つが、前記外側冷却通路を流れる冷却材の入口であり、前記少なくとも２つの第１連通口のうちの別の１つが、前記外側冷却通路を流れる冷却材の出口であり、
前記少なくとも２つの第２連通口のうちの１つが、前記内側冷却通路を流れる冷却材の入口であり、前記少なくとも２つの第２連通口のうちの別の１つが、前記内側冷却通路を流れる冷却材の出口である、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項１３】
前記外側冷却通路を流れる冷却材の出口と前記内側冷却通路を流れる冷却材の出口とは合流している、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項１４】
前記外側冷却通路を流れる冷却材の入口と前記内側冷却通路を流れる冷却材の出口とは、又は、前記外側冷却通路を流れる冷却材の出口と前記内側冷却通路を流れる冷却材の入口とは、直接接続されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコンプレッサーハウジング。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載のコンプレッサーハウジングを備えるターボチャージャー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エンジンに供給される給気を圧縮するためのコンプレッサーホイールを収容するコンプレッサーハウジング及びこのコンプレッサーハウジングを備えるターボチャージャーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャーは、エンジンに供給される給気を圧縮するためのコンプレッサーを有している。空気は圧縮されると温度が上昇するが、圧縮空気が高温のままエンジンに供給されると、ノッキングが起こりやすくなり、出力低下や燃費の悪化を招くことから、圧縮空気をエンジンに供給する前に冷却するためのインタークーラーが設けられる。【０００３】
一方、最近のエンジンは燃費向上の観点から電動化が進み、エンジンルーム内に設けられるバッテリーや電装品が増えているので、インタークーラーの省スペース化が求められている。圧縮空気の冷却性能とインタークーラーの省スペース化を両立するためには、インタークーラー自体の冷却効率を向上させるか、又は、インタークーラーへの流入前の圧縮空気の温度、すなわちターボチャージャーから流出する圧縮空気の温度を低下させることが考えられる。また、空気の圧縮によって温度が上昇するため、熱せられたコンプレッサーハウジングによって、コンプレッサーホイールに吸い込まれる空気及びコンプレッサーホイールによって圧縮中の空気の温度が上昇する。そのため、空気が加熱されなかった場合と比べて、コンプレッサー性能が低下する。これを防ぐためには、断熱材などの配置で熱を伝わりにくくするか、コンプレッサーハウジングの温度を低下させることで伝熱量を低下させることが考えられる。【０００４】
特許文献１及び２は、圧縮空気が流れる渦巻き状のスクロール通路を囲む冷却通路がターボチャージャーのコンプレッサーハウジングに形成されており、ターボチャージャーから流出する圧縮空気の温度を低下させ、コンプレッサー効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０２３１４２号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１００４２１０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２の冷却通路は、スクロール通路を囲むように形成されているので、スクロール通路の断面形状に沿う方向に非常に長く延びている。このため、冷却水等の冷却材が冷却通路を流通する際によどみ点が多くなることや、大きな流路断面積を有する冷却通路に冷却材を流通させることによって流速が小さくなること等によって、冷却効率が悪化するといった問題点があった。【０００７】
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、ターボチャージャーにおいて効率よく圧縮空気を冷却できるコンプレッサーハウジング及びこのコンプレッサーハウジングを備えるターボチャージャーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るコンプレッサーハウジングは、
エンジンに供給される給気を圧縮するためのコンプレッサーホイールを収容するコンプレッサーハウジングであって、
前記コンプレッサーハウジングの内部には、
前記コンプレッサーホイールで圧縮された前記給気が流れる渦巻き状のスクロール通路の外周側において周方向に沿って延びる外側冷却通路と、
前記スクロール通路の内周側において周方向に沿って延びる内側冷却通路であって、周方向に沿って延びる分離壁によって前記外側冷却通路と隔てられる内側冷却通路と
が形成される。【０００９】
上記（１）の構成によると、スクロール通路の外周側において周方向に沿って延びる外側冷却通路と、スクロール通路の内周側において周方向に沿って延びる内側冷却通路とが分離壁によって隔てられているので、スクロール通路の内周側から外周側までスクロール通路を囲むように冷却通路が形成されている場合に比べて、外側冷却通路及び内側冷却通路がスクロール通路の断面形状に沿う方向に延びる範囲は小さくなる。このため、外側冷却通路及び内側冷却通路のそれぞれを冷却材が流れるときのよどみ点の発生が抑えられ、冷却材の流速の低下も抑えられることから、圧縮空気の冷却効率も高くなる。その結果、スクロール通路の外周側及び内周側のそれぞれから、外側冷却通路及び内側冷却通路を流れる冷却材がスクロール通路内の圧縮空気を効率的に冷却することになるので、ターボチャージャーにおいて効率よく圧縮空気を冷却することができる。【００１０】
（２）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記外側冷却通路は、前記コンプレッサーホイールの回転軸線に沿った断面において、前記スクロール通路の断面形状に沿って湾曲した断面形状を有する湾曲通路部分を含む。【００１１】
上記（２）の構成によると、湾曲通路部分はスクロール通路の断面形状に沿って湾曲した断面形状を有することにより、湾曲通路部分とスクロール通路との間の距離がスクロール通路の断面形状に沿って可能な限り短くなるので、効率よく圧縮空気を冷却することができる。【００１２】
（３）いくつかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記外側冷却通路は、前記コンプレッサーホイールの回転軸線に沿った断面において、前記スクロール通路の断面形状に沿う方向における前記湾曲通路部分の両端縁部の少なくとも一方から平坦に延びる断面形状を有する平坦通路部分をさらに含む。【００１３】
コンプレッサーハウジングは、金型の中に粉を充填してコンプレッサーハウジングの形と対応する形に焼き固めて鋳造されるが、湾曲通路部分の端縁部からさらに湾曲した部分が延びる構成を有していると、型を割るときに割れにくくなる。しかしながら、上記（３）の構成によると、湾曲通路部分の端縁部から平坦に延びる断面形状を有する平坦通路部分が形成された構成を有していると、型が割れやすくなり、コンプレッサーハウジングの製造性が向上する。【００１４】
（４）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（３）のいずれかの構成において、
前記内側冷却通路は、前記コンプレッサーホイールの回転軸線に沿った断面において、前記スクロール通路の断面形状に沿って湾曲した断面形状を含む。【００１５】
上記（４）の構成によると、内側冷却通路はスクロール通路の断面形状に沿って湾曲した断面形状を有することにより、内側冷却通路とスクロール通路との間の距離がスクロール通路の断面形状に沿って可能な限り短くなるので、効率よく圧縮空気を冷却することができる。【００１６】
（５）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（４）のいずれかの構成において、
前記コンプレッサーホイールの回転軸線に沿った断面において、前記内側冷却通路の断面の重心位置を通過し、且つ、前記内側冷却通路の断面において最も長さが大きくなる直線方向を基準長手方向と定義した場合に、前記基準長手方向は前記コンプレッサーホイールの回転軸線に沿った方向である。【００１７】
上記（５）の構成によると、内側冷却通路の断面において最も長さが大きくなる基準長手方向がコンプレッサーホイールの回転軸線に沿った方向であることにより、内側冷却通路を流れる冷却材は、スクロール通路内の高温の圧縮空気から、コンプレッサーホイールに吸い込まれる空気及びコンプレッサーホイールによって圧縮される空気への伝熱を低減することができるので、コンプレッサー性能を向上することができる。【００１８】
（６）いくつかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記コンプレッサーハウジングの内部には、前記スクロール通路に連通するとともに前記スクロール通路から前記コンプレッサーホイールの径方向内側に延びるディフューザー通路がさらに形成され、
前記基準長手方向と直交する方向を幅方向とした場合に、前記内側冷却通路の前記幅方向の最大部分が前記重心位置よりもディフューザー通路側にある。【００１９】
上記（６）の構成によると、内側冷却通路の最も冷却面積の大きい部分がディフューザー通路の近くに位置することにより、ディフューザー通路における圧縮空気の冷却効果が高まり、コンプレッサーホイール付近も冷却することができるので、圧縮空気の温度低下だけではなく、コンプレッサー性能を向上することができる。【００２０】
（７）いくつかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記コンプレッサーハウジングの内部には、前記スクロール通路に連通するとともに前記スクロール通路から前記コンプレッサーホイールの径方向内側に延びるディフューザー通路がさらに形成され、
前記基準長手方向と直交する方向を幅方向とした場合に、前記内側冷却通路の前記幅方向の最大部分が前記重心位置よりもディフューザー通路とは反対側にある。【００２１】
上記（７）の構成によると、内側冷却通路の最も冷却面積の大きい部分（最大部分）がスクロール通路の断面形状に沿い、また、ディフューザー通路に対しても冷却面積を取ることができるので、圧縮空気の冷却効果が高まり、効率よく圧縮空気を冷却することができる。【００２２】
（８）いくつかの実施形態では、上記（５）〜（７）のいずれかの構成において、
前記基準長手方向と直交する方向の前記内側冷却通路の幅は前記外側冷却通路の幅と同じ又はそれよりも大きい。【００２３】
上記（８）の構成によると、内側冷却通路を、ディフューザー通路側に伝熱面積を多くとれるような構成にすることができるので、ディフューザー通路における圧縮空気の冷却効果を向上することができる。【００２４】
（９）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（８）のいずれかの構成において、
前記外側冷却通路と前記コンプレッサーハウジングの外部とを連通する少なくとも２つの第１連通口と、
前記内側冷却通路と前記コンプレッサーハウジングの外部とを連通する少なくとも２つの第２連通口と
を備える。【００２５】
上記（９）の構成によると、外側冷却通路及び内側冷却通路のいずれも少なくとも２つの連通口を有しているので、ターボチャージャーが設けられるエンジンルーム内のレイアウトに合わせて、外側冷却通路及び内側冷却通路それぞれの出入口の取り合いが可能になる。また、第１連通口及び第２連通口は、コンプレッサーハウジングの鋳造時に中子を保持するために使用されるが、第１連通口及び第２連通口はそれぞれ２つ以上存在することにより、中子の保持性を向上することができる。【００２６】
（１０）いくつかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記コンプレッサーハウジングが前記エンジンに対して取り付けられた状態で、前記少なくとも２つの第１連通口及び前記少なくとも２つの第２連通口のうちの少なくとも１つが鉛直方向上向きに開口する。【００２７】
外側冷却通路及び内側冷却通路を流れる冷却材が液体の場合、スクロール通路内の圧縮空気を冷却することによって冷却材が沸騰する可能性がある。冷却材が沸騰した場合、冷却材の蒸気を外側冷却通路及び内側冷却通路から排出しないと、冷却材の流れが詰まってしまい、圧縮空気の冷却に支障をきたすおそれがある。しかし、上記（１０）の構成によると、第１連通口及び第２連通口のうちの少なくとも１つが鉛直方向上向きに開口することにより、この鉛直方向上向きに開口する連通口を介して冷却材の蒸気を外側冷却通路及び内側冷却通路から排出することができる。【００２８】
（１１）いくつかの実施形態では、上記（９）または（１０）の構成において、
前記第１連通口の開口部と前記第２連通口の開口部とは、互いに対して９０°の角度をなしている。【００２９】
コンプレッサーホイールの回転軸線が鉛直方向又は水平方向のいずれかを向くようにターボチャージャーを設置した場合、上記（１１）の構成によると、第１連通口又は第２連通口のいずれか一方が鉛直方向上向きに開口するので、鉛直方向上向きに開口する連通口を介して冷却材の蒸気を外側冷却通路及び内側冷却通路から排出することができる。【００３０】
（１２）いくつかの実施形態では、上記（９）〜（１１）のいずれかの構成において、
前記少なくとも２つの第１連通口のうちの１つが、前記外側冷却通路を流れる冷却材の入口であり、前記少なくとも２つの第１連通口のうちの別の１つが、前記外側冷却通路を流れる冷却材の出口であり、
前記少なくとも２つの第２連通口のうちの１つが、前記内側冷却通路を流れる冷却材の入口であり、前記少なくとも２つの第２連通口のうちの別の１つが、前記内側冷却通路を流れる冷却材の出口である。【００３１】
上記（１２）の構成によると、外側冷却通路及び内側冷却通路のそれぞれに冷却材が別々に流れるので、スクロール通路内の圧縮空気の冷却能力が高くなり、より効率よく圧縮空気を冷却することができる。【００３２】
（１３）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（８）のいずれかの構成において、
前記外側冷却通路を流れる冷却材の出口と前記内側冷却通路を流れる冷却材の出口とは合流している。【００３３】
上記（１３）の構成によると、外側冷却通路及び内側冷却通路それぞれの出口が共通の１つの出口となるので、外側冷却通路及び内側冷却通路がそれぞれ入口及び出口を有する場合に比べて、コンプレッサーハウジングの鋳造時に使用する中子のコストを下げることができ、さらに中子の保持性を向上することができる。【００３４】
（１４）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（８）のいずれかの構成において、
前記外側冷却通路を流れる冷却材の入口と前記内側冷却通路を流れる冷却材の出口とは、又は、前記外側冷却通路を流れる冷却材の出口と前記内側冷却通路を流れる冷却材の入口とは、直接接続されている。【００３５】
上記（１４）の構成によると、外側冷却通路の入口と内側冷却通路の出口とを接続する接続管路、外側冷却通路の出口と内側冷却通路の入口とを接続する接続管路のいずれも使用せずに、外側冷却通路と内側冷却通路とを連続した１つの冷却通路として構成することができるので、ターボチャージャーをコンパクトにすることができる。【００３６】
（１５）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るターボチャージャーは、
上記（１）〜（１４）のいずれかのコンプレッサーハウジングを備える。【００３７】
上記（１５）の構成によると、コンプレッサーハウジングに形成された外側冷却通路及び内側冷却通路のそれぞれを流通する冷却材によって、スクロール通路内の圧縮空気を効率よく冷却することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、スクロール通路の外周側において周方向に沿って延びる外側冷却通路と、スクロール通路の内周側において周方向に沿って延びる内側冷却通路とが分離壁によって隔てられているので、スクロール通路の内周側から外周側までスクロール通路を囲むように冷却通路が形成されている場合に比べて、外側冷却通路及び内側冷却通路がスクロール通路の断面形状に沿う方向に延びる範囲は小さくなる。このため、外側冷却通路及び内側冷却通路のそれぞれを冷却材が流れるときのよどみ点の発生が抑えられ、冷却材の流速の低下も抑えられることから、圧縮空気の冷却効率も高くなる。その結果、スクロール通路の外周側及び内周側のそれぞれから、外側冷却通路及び内側冷却通路を流れる冷却材がスクロール通路内の圧縮空気を効率的に冷却することになるので、ターボチャージャーにおいて効率よく圧縮空気を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本開示の実施形態１に係るコンプレッサーハウジングの斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】本開示の実施形態１に係るコンプレッサーハウジングに形成された内側冷却通路の詳細な形状を説明するための図である。
【図４】本開示の実施形態２に係るコンプレッサーハウジングを備えたターボチャージャーにおける圧縮空気の冷却効果についての実験結果を表したグラフである。
【図５】本開示の実施形態２に係るコンプレッサーハウジングを備えたターボチャージャーにおけるコンプレッサー性能の向上効果についての実験結果を表すグラフである。
【図６】本開示の実施形態２に係るコンプレッサーハウジングの断面図である。
【図７】本開示の実施形態３に係るコンプレッサーハウジングの断面図である。
【図８】本開示の実施形態３に係るコンプレッサーハウジングの変形例の断面図である。
【図９】本開示の実施形態４に係るコンプレッサーハウジングに形成された外側冷却通路及び内側冷却通路の斜視図である。
【図１０】本開示の実施形態５に係るコンプレッサーハウジングに形成された外側冷却通路及び内側冷却通路の斜視図である。
【図１１】本開示の実施形態６に係るコンプレッサーハウジングに形成された外側冷却通路及び内側冷却通路の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００４１】
（実施形態１）
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ーハウジング１は、図示しないコンプレッサーホイールで圧縮される空気が流入する円筒形状の空気入口部２を有している。コンプレッサーハウジング１には、空気入口部２の周りに形成された渦巻き状のスクロール通路３が形成されている。コンプレッサーホイールによって圧縮された圧縮空気はスクロール通路３を流通してターボチャージャーから流出した後、図示しないエンジンに供給されるが、スクロール通路３は、その断面積が圧縮空気の流通方向に向かって、すなわちスクロール通路３の入口側から出口側に向かって増加するように構成されている。
【００４２】
図２に示されるように、コンプレッサーハウジング１には、空気入口部２の内部の空気通路２ａとスクロール通路３とを連通するディフューザー通路４が、スクロール通路３から図示しないコンプレッサーホイールの径方向内側に延びるように形成されている。また、コンプレッサーハウジング１には、スクロール通路３の外周側において周方向に沿って延びる外側冷却通路１１と、スクロール通路３の内周側において周方向に沿って延びる内側冷却通路１２とが形成されている。外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２のそれぞれに冷却材である冷却水が流通することによって、スクロール通路３を流通する圧縮空気が冷却される。コンプレッサーハウジング１内において外側冷却通路１１と内側冷却通路１２とは、周方向に沿って延びる分離壁１３によって隔てられている。
【００４３】
図１に示されるように、コンプレッサーハウジング１は、外側冷却通路１１（図２参照）とコンプレッサーハウジング１の外部とを連通する４つの第１連通口５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと、内側冷却通路１２（図２参照）とコンプレッサーハウジング１の外部とを連通する４つの第２連通口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄとを備えている。第１連通口５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの開口部と第２連通口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの開口部とは、互いに対して９０°の角度をなしている。
【００４４】
第１連通口５ａは、冷却水が外側冷却通路１１に流入するための入口を構成し、第１連通口５ｂは、冷却水が外側冷却通路１１から流出するための出口を構成する。第２連通口６ａは、冷却水が内側冷却通路１２に流入するための入口を構成し、第２連通口６ｂは、冷却水が内側冷却通路１２から流出するための出口を構成する。第１連通口５ｂと第２連通口６ａとは、接続管路７によって連通している。すなわち、接続管路７を介して外側冷却通路１１と内側冷却通路１２とが連通している。
【００４５】
図２に示されるように、外側冷却通路１１は、コンプレッサーホイールの回転軸線Ｌ０に沿った断面においてスクロール通路３の断面形状に沿って湾曲した断面形状を有する湾曲通路部分１１ａと、スクロール通路３の断面形状に沿う方向における湾曲通路部分１１ａの両端縁部１１ａ１，１１ａ２から平坦に延びる断面形状を有する平坦通路部分１１ｂ，１１ｃとを含んでいる。外側冷却通路１１は、スクロール通路３の断面形状に沿って一定の幅Ｗ０を有するように構成されている。実施形態１においては、外側冷却通路１１の幅はＷ０で一定であるが、別の実施形態では、スクロール通路３の断面形状に沿う方向に外側冷却通路１１の幅が変化する形態であってもよい。
【００４６】
図３に示されるように、コンプレッサーホイールの回転軸線Ｌ０に沿った断面において、内側冷却通路１２の断面の重心位置Ｇを通過し、且つ、内側冷却通路１２の断面において最も長さが大きくなる直線方向を基準長手方向Ｌと定義した場合に、基準長手方向Ｌはコンプレッサーホイールの回転軸線Ｌ０に沿った方向である。ここで、コンプレッサーホイールの回転軸線Ｌ０に沿った方向とは、コンプレッサーホイールの回転軸線Ｌ０と基準長手方向Ｌとのなす角度θが４５°未満であることを意味する。
【００４７】
圧縮空気がスクロール通路３（図２参照）を流通する方向において、スクロール通路３の出口側に近い内側冷却通路１２の断面を１２ａとし、スクロール通路３の入口側に近い内側冷却通路１２の断面を１２ｂとする。断面１２ａにおいて重心位置Ｇａを通過し、且つ、内側冷却通路１２の断面１２ａにおいて最も長さが大きくなる直線方向を基準長手方向Ｌ１と定義する。また、断面１２ｂにおいて重心位置Ｇｂを通過し、且つ、内側冷却通路１２の断面１２ｂにおいて最も長さが大きくなる直線方向をする基準長手方向Ｌ２と定義する。
【００４８】
内側冷却通路１２の断面１２ａ，１２ｂのそれぞれにおいて、基準長手方向Ｌ１及びＬ２と直交する方向を幅方向とする。断面１２ａ，１２ｂのそれぞれにおいて、内側冷却通路１２の幅の最大部分１２ａ１，１２ｂ１（それぞれの長さをＷａ，Ｗｂとする）が重心位置Ｇａ，Ｇｂよりもディフューザー通路４（図２参照）側にある。すなわち、スクロール通路３の入口側から出口側に渡って、内側冷却通路１２の幅方向の最大部分はディフューザー通路４に近い位置にある。
【００４９】
また、内側冷却通路１２は、内側冷却通路１２の幅が外側冷却通路１１の幅Ｗ０（図２参照）よりも大きくなるように構成されている。この構成によると、内側冷却通路１２を、ディフューザー通路４側に伝熱面積を多くとれるような構成にすることができるので、ディフューザー通路４における圧縮空気の冷却効果を向上することができる。
【００５０】
次に、実施形態１に係るコンプレッサーハウジング１内において圧縮空気が冷却水によって冷却される動作を説明する。
図１に示されるように、冷却水の入口である第１連通口５ａを介して冷却水が外側冷却通路１１（図２参照）に流入する。冷却水は、外側冷却通路１１を流通した後、冷却水の出口である第１連通口５ｂを介して外側冷却通路１１から流出する。外側冷却通路１１から流出した冷却水は接続管路７を通り、冷却水の入口である第２連通口６ａを介して内側冷却通路１２（図２参照）に流入する。冷却水は、内側冷却通路１２を流通した後、冷却水の出口である第２連通口６ｂを介して内側冷却通路１２から流出する。
【００５１】
図２に示されるように、空気通路２ａを流通する空気は、図示しないコンプレッサーホイールによって圧縮されて圧縮空気となり、ディフューザー通路４を通ってスクロール通路３内に流入する。圧縮空気は、コンプレッサーハウジング１内でスクロール通路３を流通する際に、スクロール通路３の外周側からは、外側冷却通路１１を流通する冷却水によって冷却され、スクロール通路３の内周側からは、内側冷却通路１２を流通する冷却水によって冷却される。圧縮空気は、スクロール通路３を流通した後、ターボチャージャーのコンプレッサーから流出する。圧縮空気は続いて、図示しないインタークーラーで冷却された後、図示しないエンジンに供給される。
【００５２】
圧縮空気は、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２を流通する冷却水によって冷却されるので、適度な温度の圧縮空気がインタークーラーに流入するようになる。このため、インタークーラーに要求される冷却能力を低減することができ、インタークーラーのサイズを小さくすることができる。この結果、インタークーラーの省スペース化が実現される。
【００５３】
上述したように、外側冷却通路１１と内側冷却通路１２とが分離壁１３によって隔てられているので、スクロール通路３の内周側から外周側までスクロール通路３を囲むように冷却通路が形成されている場合に比べて、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２がスクロール通路３の断面形状に沿う方向に延びる範囲は小さくなる。このため、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２のそれぞれを冷却水が流れるときのよどみ点の発生が抑えられ、冷却水の流速の低下も抑えられることから、圧縮空気の冷却効率も高くなる。その結果、スクロール通路３の外周側及び内周側のそれぞれから、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２を流れる冷却水がスクロール通路３内の圧縮空気を効率的に冷却することになるので、ターボチャージャーにおいて効率よく圧縮空気を冷却することができる。
【００５４】
また、上述したように、外側冷却通路１１は、スクロール通路３の断面形状に沿って湾曲した断面形状を有する湾曲通路部分１１ａを含んでいる。これにより、湾曲通路部分１１ａとスクロール通路３との間の距離がスクロール通路３の断面形状に沿って可能な限り短くなるので、効率よく圧縮空気を冷却することができる。
【００５５】
また、上述したように、内側冷却通路１２の断面において最も長さが大きくなる基準長手方向Ｌはコンプレッサーホイールの回転軸線Ｌ０に沿った方向となっている。この構成によると、図２に示されるように、内側冷却通路１２を流れる冷却水は、スクロール通路３内の高温の圧縮空気から、空気通路２ａ内の空気、すなわち、図示しないコンプレッサーホイールによって圧縮される空気への伝熱を低減することができるので、コンプレッサー性能を向上することができる。
【００５６】
さらに、上述したように、スクロール通路３の入口側から出口側に渡って、内側冷却通路１２の幅方向の最大部分１２ａ１，１２ｂ１はディフューザー通路４に近い位置にある。これにより、ディフューザー通路４における圧縮空気の冷却効果を向上することができる。
【００５７】
次に、上述した圧縮空気の冷却効果及びコンプレッサー性能の向上効果について実験によって確認した結果を説明する。
後述する実施形態２に係るコンプレッサーハウジング１の構成を有するターボチャージャーに対して実験を行った。コンプレッサーホイールの回転数が高回転数、中回転数、低回転数となる運転条件のそれぞれに対し、空気通路２ａ（図２参照）に供給する空気の供給条件を変更して、コンプレッサーがサージ領域の近傍、チョーク領域の近傍、コンプレッサーの効率が最も良好なピーク領域のそれぞれの運転条件となるようにした。空気通路２ａ内はできるだけ大気圧に保つようにし、ターボチャージャーのタービン側の温度は６００℃に固定した。
【００５８】
コンプレッサーホイールの回転数が高回転数となる運転条件で、５０℃の冷却水を流量６ｌ／ｍｉｎの流量で、内側冷却通路１２（図６参照）のみに流通させた場合、外側冷却通路１１（図２参照）のみに流通させた場合、内側冷却通路１２に流通させた後に外側冷却通路１１に流通させた場合、外側冷却通路１１に流通させた後に内側冷却通路１２に流通させた場合、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２のいずれにも冷却水を流通させない場合の５つの場合で、ターボチャージャーから流出する圧縮空気の温度を測定した。その測定結果、すなわち、圧縮空気の冷却効果についての実験結果を図４に示す。
【００５９】
図４から、冷却なしの場合に比べて、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の少なくとも一方に冷却水を流通させて冷却を行った場合の方が、ターボチャージャーから流出する圧縮空気の温度が低いことが分かった。また、外側冷却通路１１又は内側冷却通路１２の一方に冷却水を流通させた場合に比べて、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の両方に冷却水を流通させた場合の方が圧縮空気の冷却効果が大きいことが分かった。
【００６０】
また、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２のいずれにも冷却水を流通させない場合と、冷却水を外側冷却通路１１に流通させた後に内側冷却通路１２に流通させた場合とのそれぞれにおいて、コンプレッサーへの空気供給量に対する給気圧力比、すなわち、コンプレッサーの入口側の圧力に対する出口側の圧力の比を測定した。その測定結果、すなわち、コンプレッサー性能の向上効果についての実験結果を図５に示す。
【００６１】
コンプレッサーホイールの回転数が低回転数のときは顕著な差異はないが、コンプレッサーホイールの回転数が中回転数及び高回転数のとき、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２のいずれにも冷却水を流通させない場合の給気圧力比よりも、冷却水を外側冷却通路１１に流通させた後に内側冷却通路１２に流通させた場合の給気圧力比が大きくなっている。この結果により、圧縮空気を冷却することによりコンプレッサー性能が向上することが分かった。
【００６２】
このように、スクロール通路３の外周側において周方向に沿って延びる外側冷却通路１１と、スクロール通路３の内周側において周方向に沿って延びる内側冷却通路１２とが分離壁１３によって隔てられているので、スクロール通路３の内周側から外周側までスクロール通路３を囲むように冷却通路が形成されている場合に比べて、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２がスクロール通路３の断面形状に沿う方向に延びる範囲は小さくなる。このため、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２のそれぞれを冷却水が流れるときのよどみ点の発生が抑えられ、冷却水の流速の低下も抑えられることから、圧縮空気の冷却効率も高くなる。その結果、スクロール通路３の外周側及び内周側のそれぞれから、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２を流れる冷却水がスクロール通路３内の圧縮空気を効率的に冷却することになるので、ターボチャージャーにおいて効率よく圧縮空気を冷却することができる。
【００６３】
実施形態１では、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２を流れる冷却水がスクロール通路３内の圧縮空気を冷却する際、冷却水が沸騰する場合がある。この場合、水蒸気を外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２から排出しないと、冷却水の流れが詰まってしまい、圧縮空気の冷却に支障をきたすおそれがある。しかし、実施形態１では、第１連通口５ａ〜５ｄの開口部と第２連通口６ａ〜６ｄの開口部とは、互いに対して９０°の角度をなしているので、コンプレッサーホイールの回転軸線Ｌ０が鉛直方向又は水平方向のいずれかを向くようにターボチャージャーを設置した場合、第１連通口５ａ〜５ｄ又は第２連通口６ａ〜６ｄのいずれか一方が鉛直方向上向きに開口するようになる。鉛直方向上向きに開口する連通口に例えば圧力制御弁を設けることにより、水蒸気の圧力が高まると圧力制御弁が開いて、その連通口を介して水蒸気を外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２から排出することができる。
【００６４】
尚、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２からの水蒸気の排出を目的とする限りでは、第１連通口５ａ〜５ｄの開口部と第２連通口６ａ〜６ｄの開口部とを互いに対して９０°にすることに限定するものではない。各連通口の向きの選択に自由度があれば、コンプレッサーハウジング１がエンジンに対して取り付けられた状態で、第１連通口５ａ〜５ｄ及び第２連通口６ａ〜６ｄのうちの少なくとも１つが鉛直方向上向きに開口するように形成してもよい。
【００６５】
また、第１連通口及び第２連通口それぞれの個数は４つであるが、４つに限定するものではない。第１連通口及び第２連通口はそれぞれ少なくとも２つあればよい。外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２のいずれも少なくとも２つの連通口を有していれば、ターボチャージャーが設けられるエンジンルーム内のレイアウトに合わせて、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２それぞれの出入口の取り合いが可能になる。また、第１連通口及び第２連通口は、コンプレッサーハウジングの鋳造時に中子を保持するために使用されるが、第１連通口及び第２連通口はそれぞれ２つ以上存在することにより、中子の保持性を向上することができる。
【００６６】
実施形態１では、上述したように、外側冷却通路１１は、コンプレッサーホイールの回転軸線Ｌ０に沿った断面において、スクロール通路３の断面形状に沿う方向における湾曲通路部分１１ａの両端縁部１１ａ１，１１ａ２から平坦に延びる断面形状を有する平坦通路部分１１ｂ，１１ｃを含んでいる。コンプレッサーハウジング１は、金型の中に粉を充填してコンプレッサーハウジング１の形と対応する形に焼き固めて鋳造されるが、湾曲通路部分１１ａの両端縁部１１ａ１，１１ａ２からさらに湾曲した部分が延びる構成を有していると、型を割るときに割れにくくなる。しかしながら、湾曲通路部分１１ａの両端縁部１１ａ１，１１ａ２から平坦に延びる断面形状を有する平坦通路部分１１ｂ，１１ｃが形成された構成を有していると、型が割れやすくなり、コンプレッサーハウジング１の製造性が向上する。
【００６７】
尚、実施形態１では、湾曲通路部分１１ａの両端縁部１１ａ１，１１ａ２から平坦通路部分１１ｂ，１１ｃが延びるように構成されているが、この形態に限定するものではない。両端縁部１１ａ１，１１ａ２の一方から平坦通路部分１１ｂ又は１１ｃが延びるように構成されてもよいし、外側冷却通路１１が湾曲通路部分１１ａのみを含む形態であってもよい。
【００６８】
実施形態１では、冷却水が外側冷却通路１１を流通した後に内側冷却通路１２を流通する構成であったが、この形態に限定するものではない。冷却水が内側冷却通路１２を流通した後に外側冷却通路１１を流通する構成であってもよい。冷却水が内側冷却通路１２を流通した後に外側冷却通路１１を流通する構成の場合、第１連通口５ａと第２連通口６ｂとが接続管路７によって連通する。
【００６９】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係るコンプレッサーハウジングについて説明する。実施形態２に係るコンプレッサーハウジングは、実施形態１に対して、内側冷却通路１２の形状を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７０】
図６に示されるように、内側冷却通路１２の断面１２ａ，１２ｂのそれぞれにおいて、内側冷却通路１２の幅の最大部分１２ａ１，１２ｂ１が重心位置Ｇａ，Ｇｂよりもディフューザー通路４とは反対側にある。その他の構成は実施形態１と同じである。
【００７１】
実施形態２の構成によると、内側冷却通路１２の最も冷却面積の大きい部分（最大部分１２ａ１，１２ｂ１）がスクロール通路３の断面形状に沿い、また、ディフューザー通路４に対しても冷却面積を取ることができるので、圧縮空気の冷却効果が高まり、効率よく圧縮空気を冷却することができる。
【００７２】
（実施形態３）
次に、実施形態３に係るコンプレッサーハウジングについて説明する。実施形態３に係るコンプレッサーハウジングは、実施形態１に対して、内側冷却通路１２の形状を変更したものである。尚、実施形態３において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７３】
図７に示されるように、内側冷却通路１２は、スクロール通路３の断面形状に沿って湾曲した断面形状を有している。外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２はそれぞれ、スクロール通路３の断面形状に沿って一定の幅Ｗ０，Ｗ１を有するように構成されている。それぞれの幅Ｗ０，Ｗ１は等しくなっている（Ｗ０＝Ｗ１）。その他の構成は実施形態１と同じである。実施形態３においては、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の幅はそれぞれＷ０，Ｗ１で一定であるが、別の実施形態では、スクロール通路３の断面形状に沿う方向に外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の幅の少なくとも一方が変化する形態であってもよい。
【００７４】
実施形態３の構成によると、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２それぞれの幅が等しいことにより、冷却水が外側冷却通路１１から内側冷却通路１２に流入する際の圧力損失を低く抑えられるので、冷却水は、よどみが低減されるとともに流れが均一化されることで、効率よく圧縮空気を冷却することができる。
【００７５】
また、内側冷却通路１２は、スクロール通路３の断面形状に沿って湾曲した断面形状を有していることにより、内側冷却通路１２とスクロール通路３との間の距離がスクロール通路３の断面形状に沿って可能な限り短くなるので、効率よく圧縮空気を冷却することができる。
【００７６】
図８に示されるように、実施形態３の内側冷却通路１２を、最大部分１２ａ１，１２ｂ１が重心位置Ｇａ，Ｇｂよりもディフューザー通路４側にあるような形状にしてもよい。この形態により、スクロール通路３内の圧縮空気を効率よく冷却することができるとともに、ディフューザー通路４における圧縮空気の冷却効果を向上することができる。
【００７７】
ただし、図８に示される形態では、ディフューザー通路４に近い側の断面積が大きく圧力損失が小さいため、冷却水の流れがディフューザー通路４に近い側に偏る可能性がある。このような冷却水の偏りの回避のためには、図６に示される実施形態２のように、最大部分１２ａ１，１２ｂ１が重心位置Ｇａ，Ｇｂよりもディフューザー通路４とは反対側にあるような形状のほうが好ましい。
【００７８】
（実施形態４）
次に、実施形態４に係るコンプレッサーハウジングについて説明する。実施形態４に係るコンプレッサーハウジングは、実施形態１〜３のそれぞれに対して、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の連通関係を変更したものである。以下では、実施形態３に対して外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の連通関係を変更した形態に基づいて説明するが、実施形態１又は２に対して外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の連通関係を変更した形態であってもよい。尚、実施形態４において、実施形態１〜３の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７９】
図９に示されるように、冷却水は、入口２１を介して外側冷却通路１１に流入し、外側冷却通路１１を流通した後、出口２２を介して外側冷却通路１１から流出するように構成されている。また、外側冷却通路１１を流通する冷却水とは別の冷却水が、入口２３を介して内側冷却通路１２に流入し、内側冷却通路１２を流通した後、出口２４を介して内側冷却通路１２から流出するように構成されている。実施形態１とは、出口２２と入口２３とが連通していない点で構成が異なる。その他の構成は、実施形態１と同じである。
【００８０】
実施形態４では、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２のそれぞれに冷却水が別々に流れるので、スクロール通路３（図７参照）内の圧縮空気の冷却能力が高くなり、より効率よく圧縮空気を冷却することができる。
【００８１】
（実施形態５）
次に、実施形態５に係るコンプレッサーハウジングについて説明する。実施形態５に係るコンプレッサーハウジングは、実施形態１〜３のそれぞれに対して、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の連通関係を変更したものである。以下では、実施形態３に対して外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の連通関係を変更した形態に基づいて説明するが、実施形態１又は２に対して外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の連通関係を変更した形態であってもよい。尚、実施形態５において、実施形態１〜３の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８２】
図１０に示されるように、外側冷却通路１１と内側冷却通路１２とが、それぞれの下流端側で接続され、入口２１を介して外側冷却通路１１に流入して外側冷却通路１１を流通した冷却水と、入口２３を介して内側冷却通路１２に流入して内側冷却通路１２を流通した冷却水とはそれぞれ、１つの出口２２から流出するようになっている。すなわち、外側冷却通路１１の出口と内側冷却通路１２の出口とは合流している。その他の構成は実施形態１と同じである。
【００８３】
外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２それぞれの出口が共通の１つの出口２２となるので、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２がそれぞれ入口及び出口を有する場合に比べて、コンプレッサーハウジング１の鋳造時に使用する中子のコストを下げることができ、さらに中子の保持性能を向上することができる。
【００８４】
また、実施形態５も実施形態４と同様に、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２のそれぞれに冷却水が別々に流れるので、スクロール通路３（図７参照）内の圧縮空気の冷却能力が高くなり、より効率よく圧縮空気を冷却することができる。
【００８５】
（実施形態６）
次に、実施形態６に係るコンプレッサーハウジングについて説明する。実施形態６に係るコンプレッサーハウジングは、実施形態１〜３のそれぞれに対して、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の連通関係を変更したものである。以下では、実施形態３に対して外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の連通関係を変更した形態に基づいて説明するが、実施形態１又は２に対して外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２の連通関係を変更した形態であってもよい。尚、実施形態６において、実施形態１〜３の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８６】
図１１に示されるように、外側冷却通路１１の下流端と内側冷却通路１２の上流端とが直接接続され、入口２１を介して外側冷却通路１１に流入して外側冷却通路１１を流通した冷却水は、内側冷却通路１２に流入して内側冷却通路１２を流通した後、出口２２から流出するようになっている。その他の構成は実施形態１と同じである。
【００８７】
外側冷却通路１１の下流端と内側冷却通路１２の上流端とが直接接続されているので、外側冷却通路１１の入口と内側冷却通路１２の出口とを接続する接続管路、外側冷却通路１１の出口と内側冷却通路１２の入口とを接続する接続管路のいずれも使用せずに、外側冷却通路１１と内側冷却通路１２とを連続した１つの冷却通路として構成することができるので、ターボチャージャーをコンパクトにすることができる。
【００８８】
実施形態６では、冷却水が外側冷却通路１１を流通した後に内側冷却通路１２を流通する構成であったが、この形態に限定するものではない。冷却水が内側冷却通路１２を流通した後に外側冷却通路１１を流通する構成であってもよい。冷却水が内側冷却通路１２を流通した後に外側冷却通路１１を流通する構成の場合、符号２２の構成要素が冷却水の入口となり、符号２１の構成要素が冷却水の出口となる。
【００８９】
実施形態１〜６では、外側冷却通路１１及び内側冷却通路１２を流通する冷却材は冷却水であったが、冷却水に限定するものではない。冷却材として、オイル等の任意の液体や、空気等の任意の気体を使用することもできる。
【符号の説明】
【００９０】
１  コンプレッサーハウジング
２  空気入口部
２ａ  空気通路
３  スクロール通路
４  ディフューザー通路
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  第１連通口
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ  第２連通口
７  接続管路
１１  外側冷却通路
１１ａ  湾曲通路部分
１１ａ１，１１ａ２  （湾曲通路部分の）端部
１１ｂ，１１ｃ  平坦通路部分
１２  内側冷却通路
１２ａ，１２ｂ  （内側冷却通路の）断面
１２ａ１，１２ｂ１  最大部分
１３  分離壁
２１  入口
２２  出口
２３  入口
２４  出口
Ｇ，Ｇａ，Ｇｂ  （内側冷却通路の断面の）重心位置
Ｌ０  コンプレッサーホイールの回転軸線
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２  基準長手方向
Ｗ０  （外側冷却通路の）幅
Ｗａ，Ｗｂ  （最大部分の）幅
θ１，θ２  角度
【図１】
2019073584.tif 000003
【図２】
2019073584.tif 000004
【図３】
2019073584.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019073584.tif 000007
【図６】
2019073584.tif 000008
【図７】
2019073584.tif 000009
【図８】
2019073584.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019073584.tif 000012
【図１１】
2019073584.tif 000013
【国際調査報告】
2019073584.tif 000014
2019073584.tif 000015
2019073584.tif 000016
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