(57)【要約】【課題】冷却性能と剛性とを両立させた水冷式排気ターボ過給機を提供する。【解決手段】スクロール室８及び入口通路９を囲う冷却水ジャケット３１が、左右の横長隔壁３２ａ，３２ｂによって上下のジャケット３３，３４に分かれている。上下ジャケット３３，３４は、前後の連通部によって互いに連通している。スクロール室８が形成されている円形状部４ａにおいて、上下の冷却水ジャケット３３，３４は、縦長リブ４２，４３によって左右に分離している。従って、スクロール室８の箇所において冷却水ジャケット３１で区分された内外の部分は、十文字状に配置された横長隔壁３２ａと縦長リブ４２，４３によって連結されている。その結果、タービン１が配置されている部分に必要な剛性を保持できる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンハウジングに、排気ガスにてタービンを回転駆動するスクロール室と、前記スクロール室に排気ガスを送り込む入口通路と、前記スクロール室を囲う冷却水ジャケットとを形成している構成であって、
前記冷却水ジャケットは、前記入口通路の長手方向と同方向に長く延びる横長隔壁によって上下に区分されていると共に、前記タービンの周方向に長い縦長リブにより、前記入口通路の軸心方向から見て左右に区分されており、前記冷却水ジャケットで区分された内外の部分は、前記横長隔壁と縦長リブとによって繋がっている、
排気ターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関に使用する排気ターボ過給機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に使用する排気ターボ過給機では、タービンが配置されているタービンハウジングが高温の排気ガスに晒される。そこで、タービンハウジングに冷却水ジャケットを形成して水冷式とすることが提案されており、その例が特許文献１〜３に開示されている。
【０００３】
排気ターボ過給機は、タービンが配置されたタービンハウジングと、コンプレッサ翼が配置されたコンプレッサハウジングと、両者の間に位置した中間ハウジングを有しているが、特許文献１は、これら３つのハウジングをアルミで一体に鋳造して、各ハウジングに冷却水ジャケットを形成している。
【０００４】
他方、特許文献２では、冷却水ジャケットはタービンハウジングのみに形成されており、冷却水ジャケットは、スクロール室の外側の部位と入口通路の周囲とに、一体に連続した状態で、又は互いに分離した状態で形成されている。この特許文献２でも、タービンハウジングをアルミ製とすることが開示されている。
【０００５】
更に、特許文献３では、スクロール室を囲うように冷却水ジャケットを形成した場合において、冷却水ジャケットを、スクロール室の外周の外側に位置したリブにより、コンプレッサの側に位置した部分と排気出口の側に位置した部分とに左右に分離することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１４／１０３５７０号公報
【特許文献２】特開２０１６−４７２８７号公報
【特許文献３】実開昭５８−１５２５２８号のマイクロフィルム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
冷却水ジャケットを設けると、冷却水ジャケットの内側に位置した部分は支持強度が低下するため、タービンを安定的に保持できるように、必要な剛性を確保することが要請される。冷却性能を高めるために冷却水ジャケットの広がり面積を大きくすると、剛性確保の要請は一層高くなる。しかし、特許文献１，２には単にスクロール室を囲う冷却水ジャケットが開示されているに過ぎず、剛性確保の要請についての配慮は見受けられない。
【０００８】
他方、特許文献３では、冷却水ジャケットで区分された内外の部分は、冷却水ジャケットを左右に分断するリブによって繋がっているため、特許文献１，２に比べて剛性を向上できるといえる。しかし、冷却水ジャケットはスクロール室を部分的に囲うように形成しているに過ぎないため、十分な冷却性能を確保できるか疑問である。
【０００９】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、水冷式の排気ターボ過給機を、冷却性能と剛性とが確保された態様で提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の排気ターボ過給機は、タービンハウジングに、排気ガスにてタービンを回転駆動するスクロール室と、前記スクロール室に排気ガスを送り込む入口通路と、前記スクロール室を囲う冷却水ジャケットとを形成している構成であって、
前記冷却水ジャケットは、前記入口通路の長手方向と同方向に長く延びる横長隔壁によって上下に区分されていると共に、前記タービンの周方向に長い縦長リブにより、前記入口通路の軸心方向から見て左右に区分されており、前記冷却水ジャケットで区分された内外の部分は、前記横長隔壁と縦長リブとによって繋がっている。なお、縦長リブは縦長隔壁と呼ぶことも可能である。
【００１１】
横長隔壁及び縦長リブは、それぞれ一連に連続していてもよいし、分断しつつ直列状に延びていてもよい。また、縦長リブは１本（又は一列）に形成されていてもよいし、複数列に形成されていてもよい。更に、縦長リブは、横長隔壁で区分された上下のジャケットのうち両方の部位に設けてもよいし、いずれか一方のジャケットのみに設けてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明では、冷却水ジャケットで区分された内外の部分は、入口通路の軸心方向から見て前後方向に長い横長隔壁と、上下方向に長い縦長リブとによって繋がっている。従って、冷却水ジャケットを広い面積にしてタービンハウジングの冷却性能を高めつつ、全体の剛性を高めてタービンを安定的に保持できる。このため、タービンハウジングを熱害に強い構成にして信頼性を高めたり、アルミ製として軽量化したりすることに大きく貢献できる。
【００１３】
また、横長隔壁及び縦長リブを利用して冷却水の流れを制御することも可能であるため、タービンハウジングを隅々までまんべんなく冷却して熱ひずみを抑制することにも貢献可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る排気ターボ過給機の全体図であり、（Ａ）は吸気入口の方向から見た斜視図、（Ｂ）は排気ガスの入口方向から見た斜視図である。
【図２】（Ａ）は排気ターボ過給機の平面図、（Ｂ）の正面図である。
【図３】図２（Ａ）のIII-III 視断面図である。
【図４】（Ａ）はタービンハウジングの平面図、（Ｂ）は冷却水ジャケットを実線で表示してタービンハウジングの外形を一点鎖線で表示した平面図、（Ｃ）は排気ガス通路を実線で表示してタービンハウジングの外形を一点鎖線で表示した平面図である。
【図５】（Ａ）はタービンハウジングの正面図、（Ｂ）は冷却水ジャケットを実線で表示してタービンハウジングの外形を一点鎖線で表示した正面図である。
【図６】（Ａ）はタービンハウジングの右側面図、（Ｂ）は冷却水ジャケットを実線で表示してタービンハウジングの外形を一点鎖線で表示した右側面図である。
【図７】（Ａ）はタービンハウジングの底面図、（Ｂ）は図４（Ａ）の VIIB-VIIB視左断面図、（Ｃ）は冷却水ジャケットの左側面図である。
【図８】（Ａ）は図４（Ａ）及び図５（Ａ）の VIIIA-VIIIA視断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図で図５（Ａ）の VIIIB-VIIIB視断面図、（Ｃ）は図４（Ａ）及び図６（Ａ）並びに図７（Ｂ）の VIIIC-VIIIC視概略断面図である。
【図９】（Ａ）は図４（Ａ）及び図７（Ｂ）のIX-IX 視断面図、（Ｂ）は図６（Ａ）及び図８（Ａ）のIXB-IXB 視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
(1).概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜３を参照して概要を説明する。本実施形態では、方向を明確にするため前後・左右・上下の文言を使用するが、回転軸の長手方向を左右方向として、これと直交すると共にシリンダヘッドの排気側面と直交した方向を前後方向として、シリンダヘッドから向いた方向を前としている。上下方向は鉛直方向である。念のため、図１，２等に方向を明示している。
【００１６】
図３に示すように、排気ターボ過給機は、ブレード式のタービン１及びコンプレッサ翼２を備えており、両者は、水平姿勢の回転軸３の一端部と他端部とに固定されている。また、排気ターボ過給機は、タービンハウジング４とコンプレッサハウジング５、及び、両者の間に位置した中間ハウジング６とを有しており、タービンハウジング４と中間ハウジング６とは、アルミの鋳造品として一体に製造されている。コンプレッサハウジング５は、アルミのダイキャスト品又は鋳造品である。
【００１７】
タービンハウジング４には、タービン１が回転自在に配置されたタービン室７と、タービン室７の外周部に連通したタービン側スクロール室８とが形成されている。タービン側スクロール室８は、タービン１の回転軸心からの距離が始端が大きくて終端に向けて小さくなる渦巻き形状になっており、その始端（上端）に、図１（Ｂ）に示す入口通路９が連通している。
【００１８】
従って、タービンハウジング４は、タービン側スクロール室８が形成された円形状部４ａと、入口通路９が形成された入口筒部４ｂとを有しており、かつ、中間ハウジング６と反対側に突出したサイド張り出し部４ｃが、円形状部４ａ及び入口筒部４ｂと一体に繋がった状態で形成されている。入口筒部４ｂの後端には、シリンダヘッド（又は排気マニホールドの集合部）にボルトで固定される入口側フランジ１２が形成されている。
【００１９】
また、図３から理解できるように、サイド張り出し部４ｃには、タービン室７から排出された排気ガスが流れる出口通路１３と、入口通路９と出口通路１３とを繋ぐウエストゲート通路１４とが形成されており、ウエストゲート通路１４は、回動式のウエストゲートバルブ１５で開閉される。出口通路１３には、タービン側スクロール室８の内周部を構成するためのシュラウドピース１３ａを装着している。ウエストゲートバルブ１５は、図１に示すダイヤフラム式のアクチュェータ１６によって駆動される。アクチュェータ１６はロッド１７を有しており、ロッド１７が前後動すると、外リンク１８と支軸１９と内リンク２０とを介して、ウエストゲートバルブ１５が支軸１９の軸心回りに回動する。
【００２０】
サイド張り出し部４ｃには出口側フランジ２１が形成されており、図示は省略するが、この出口側フランジ１６に触媒ケースが固定される（排気管を固定してもよい。）。排気ガスが排出される出口穴１３ｂは、斜め下向きに開口している。
【００２１】
図３に示すように、コンプレッサハウジング５には、吸気入口２２と、コンプレッサ翼２の外側に位置したコンプレッサ側スクロール室２３とが形成されており、コンプレッサ側スクロール室２３で加圧された吸気は、排出口２４から吸気系に排出される。コンプレッサハウジング５は、Ｃ形又は２つ割り状のリング２５を介して中間ハウジング６と連結されている。
【００２２】
中間ハウジング６には、フローティングメタル２６を介して回転軸３を回転自在に保持する軸受け部２７が形成されている。軸受け部２７には、上向きに開口したオイル供給穴２８と、下向きに開口したオイル排出穴２９とが形成されている。回転軸３のシール構造は、本願発明との関係はないので説明は省略する。
【００２３】
(2).タービンハウジングの冷却構造
タービンハウジング４には、冷却水が流れる冷却水ジャケットを形成している。この点を、図４以下の図面を参照して説明する。図７（Ｃ）及び図８に示すように、冷却水ジャケット３１は、基本的には、タービンハウジング４の円形状部４ａと入口筒部４ｂとを全体的に覆う形態である。
【００２４】
そして、冷却水ジャケット３１のうち、スクロール室８を挟んで手前側の部位は前部横長隔壁３２ａで上下に仕切られて、スクロール室８を挟んで後ろ側の部位は、左右の後部横長隔壁３２ｂで上下に仕切られている。前部横長隔壁３２ａは、スクロール室８を左右と手前から囲うように平面視で略Ｕ形の形態を成しており、大まかには、横長隔壁３２ａ，３２ｂは、入口筒部４ｂの軸心方向である前後方向に長く延びる形態になってる。
【００２５】
従って、冷却水ジャケット３１は、横長隔壁３２ａ，３２ｂにより、上部ジャケット３３と下部ジャケット３４に区分されている。そして、上下ジャケット３３，３４は、１つのフロント連通部３５と、左右２つのリア連通部３６によって連通している。下部ジャケット３４には冷却水入口３７が連通して、上部ジャケット３３には冷却水出口３８が連通している。冷却水入口３７及び冷却水出口３８はボス部に形成されており、図８，９に示すように、継手筒３７ａ，３８ａを介してホースに接続されている。
【００２６】
連通部３５，３６は前後に分かれているので、冷却水は上下ジャケット３３，３４の全体をまんべんなく流れて冷却水出口３８から排出される。従って、タービンハウジング４の全体をできるだけ均等に冷却して、熱ひずみの発生を大幅に抑制できる。
【００２７】
図３，５，７（Ａ）（Ｂ）などに示すように、サイド張り出し部４ｃは、円形状部４ａ及び入口筒部４ｂよりも上に突出した山形になっており、最も高い部位に出口ボス３９を形成して、これに冷却水出口３８を形成している。従って、上部ジャケット３３は、側面視及び正面視で上向きに窄まった漏斗状になっており、下部ジャケット３４から送られた冷却水は、途中で淀むようなことなく、冷却水出口３８に集められて確実に排出される。上部ジャケット３３の上向き突出部に、例えば図６（Ｂ）において符号３３ａを付している。
【００２８】
また、例えば図５に明示するように、冷却水ジャケット３１の冷却水入口３７は、タービン室７の真下に位置して筒状の形態になっている一方、冷却水出口３８は、出口通路１３及びウエストゲート通路１４の側に偏っており、両者は左右方向に離れている（オフセットされている。）。また、上下冷却水ジャケット３３，３４も、出口通路１３及びウエストゲート通路１４の側（サイド張り出し部４ｃの側）において、中間ハウジング６の側よりも体積（容積）が遥かに大きくなっている。このため、高温に晒されて熱害を受けやすい部位（特に、排気ガス通路で囲まれた部位）を強く冷却して、熱ひずみの発生を大幅に抑制できる。
【００２９】
連通穴３５，３６は、外向きに開口した空洞部４０にねじ式のプラグ４１を嵌め込むことによって形成されている。すなわち、プラグ４１を空洞部４０の途中までねじ込むことにより、空洞部４０の一部を連通穴３５，３６と成している。
【００３０】
図４（Ｂ）や図８（Ａ）、図９（Ｂ）から理解できるように、円形状部４ａには、上部ジャケット３３と下部ジャケット３４とを左右に二分する上下の縦長リブ４２，４３が形成されている。従って、円形状部４ａの箇所において冷却水ジャケット３１で区分された内外の部分は、前部横長隔壁３２ａと上下の縦長リブ４２，４３とによって繋がっており、これら前部横長隔壁３２ａと上下の縦長リブ４２，４３とは、正面視で十文字状の形態を成している。縦長リブ４２，４３は、スクロール室８を半割りする位置に形成されている。
【００３１】
上下の縦長リブ４２，４３は、水流を左右に分ける整流機能も保持させ得るため、冷却水の流れのスムース化にも貢献できる。更に、縦長リブ４２，４３は放熱の機能も発揮するため、熱の籠もりを抑制できる利点もある。図８（Ａ）から理解できるように、上部縦長リブ４２は、概ね円形状部４ａの前半分程度に形成されており、上縦長リブ４２の後ろにおいて上部ジャケット３３は左右が一体に連続している。従って、冷却水は、冷却水出口３８にスムースに集められる。
【００３２】
他方、下部縦長リブ４３は、冷却水入口３７を挟んで前後両側に形成されている。従って、下部ジャケット３４は、円形状部４ａの箇所では、前後の下部縦長リブ４３と、冷却水入口３７を形成しているボス部とによって左右に分離しており、手前の下部縦長リブ４３で左右に分離された水流は、フロント連通部３５に集合して上部ジャケット３３に流れて、後ろの下部縦長リブ４３で左右に分離された水流は、入口筒部４ｂの箇所において下部ジャケット３４に集合して、左右のリア連通部３６に分かれて上部ジャケット３３に流れていく。
【００３３】
円形状部４ａ（スクロール室８を囲う部分）の箇所では、冷却水ジャケット３１で区分された内外の部分は、左右の前部横長隔壁３２ａと上下の縦長リブ４２，４３とによって繋がっている。すなわち、円形状部４ａでは、冷却水ジャケット３１で分離した内外の部分は、十文字状に配置された前部横長隔壁３２ａと縦長リブ４２，４３とによって連結されている。このため、スクロール室８を冷却水ジャケット３１で全体的に囲いつつ、高い剛性を確保できる。特に、スクロール室８が形成されている内側部分に高い剛性を保持できるため、タービン１を安定的に保持できて高い信頼性を確保できる。
【００３４】
また、円形状部４ａの後ろ半分も、冷却水ジャケット３１（３３，３４）で区分された内外の部分は、左右の横長隔壁３２ａ，３２ｂと下部の縦長リブ４３とで連結されているため、冷却水の排出の確実性を損なうことなく、高い剛性を確保できる。
【００３５】
さて、コンプレッサハウジング５には吸気管が接続されている一方、タービンハウジング４の出口側フランジ２１には触媒ケースや排気管が接続されており、従って、タービンハウジング４には下向きの曲げ作用を受けるが、実施形態のように下部縦長リブ４３を円形状部４ａの後半部にも形成すると、後ろ側の下部縦長リブ４３が曲げに対する高い抵抗になるため、タービンハウジング４全体として高い剛性を確保できる利点がある。
【００３６】
図７（Ｂ）に示すように、入口筒部４ｂは、その後端から前端に向けて高さが少し高くなるように傾斜している。このため、図７（Ｃ）に示すように、冷却水ジャケット３１のうち入口筒部４ｂの箇所に位置した部分も、手前に向けて高くなるように側面視でやや傾斜している。この冷却水ジャケット３１の形態に対応して、後部横長隔壁３２ｂは、いったん立ち上がってから水平状の姿勢で後ろに向かい、それから後ろに向けて低くなるように傾斜しており、このため、下部ジャケット３４の上面は、概ね側面視で山形の形態を成している。
【００３７】
そこで、下部ジャケット３４の上端部に気泡が溜まることを確実に阻止すべく、後部横長隔壁３２ｂのうち高さが高い部分に、図９（Ａ）に示すように連通穴４４を形成している。このため、冷却水に気泡が含まれていたり、冷却水が沸騰して気泡が発生したりしても、気泡を速やかに排除できる。このため、高い冷却性を確保できる。連通穴４４はドルリ加工で形成されているため、タービンハウジング４には連通穴４４と同心のドリル穴４５が空いているが、このドリル穴４５は図示しないプラグで塞がれている。
【００３８】
図８に示すように、タービン側スクロール室８は渦巻き状になっているため、タービン側スクロール室８の始端部は入口通路９の終端部とで挟まれた部分は、先端に向けて厚さが薄くなった舌部４６になっている。このため、舌部４６はタービンハウジング４で最も過酷な熱環境に晒されるが、本実施形態では、概ね舌部４６の横に後部横長隔壁３２ｂの前端部が位置しており、後部横長隔壁３２ｂのうち舌部４６の横に位置した部位に連通穴４４が空いている。
【００３９】
そして、連通穴４４を冷却水が流れることにより、後部横長隔壁３２ｂから冷却水への熱交換が著しく促進されるため、舌部４６の熱も後部横長隔壁３２ｂを介して冷却水に速やかに放熱される。その結果、舌部４６が過剰に昇温することを防止して、高い品質を確保できる。図９に示すように、入口通路９とウエストゲート通路１４とは左右に並んでおり、両者の間に後部横長隔壁３２ｂの片側が位置しているが、後部横長隔壁３２ｂに連通穴４４を空けると、ウエストゲート通路１４の箇所からの伝熱も抑制できるため、舌部４６の保護手段として一層有益である。
【００４０】
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は、他にも様々に具体化できる。例えば冷却水ジャケットの形態は、タービンハウジングの形状等に応じて適宜設定できる。中間ハウジングとタービンハウジングとは別体であってもよい。縦長リブは、入口筒部の箇所に設けることも可能である。また、円形状部の箇所の冷却水ジャケットと入口筒部の箇所の冷却水ジャケットとを分離することも可能である。冷却水ジャケットで分離された内外の部分は、横長隔壁と縦長リブの他に、柱状や帯板状等の補助リブで連結することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本願発明は、実際に排気ターボ過給機に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１  回転軸
２  タービン
４  タービンハウジング
４ａ  円形状部
４ｂ  入口筒部
４ｃ  サイド張り出し部
７  タービン室
８  タービン側スクロール室
９  入口通路
３１  冷却水ジャケット
３２ａ，３２ｂ  横長隔壁
３３  上部ジャケット
３４  下部ジャケット
３５，３６  連通部
３７  冷却水入口
３９  冷却水出口
４２，４３  縦長リブ
【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】
2018173057.tif 000009
【図８】
2018173057.tif 000010
【図９】
2018173057.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月31日(2017.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１４／１０３５７０号公報
【特許文献２】特開２０１６−７５２８７号公報
【特許文献３】実開昭５８−１５２５２８号のマイクロフィルム