(57)【要約】【課題】吸気の冷却性能に優れた排気ターボ過給機を提供する。【解決手段】排気ターボ過給機は、タービンコンプレッサ４と一体又は別体の軸受けハウジング６と、これに重なったコンプレッサハウジング５とを備えており、両者の対向面に環状溝２３ａ，２３ｂを形成することにより、中空のコンプレッサ側スクロール室２３が構成されている。軸受けハウジング６には、当該軸受けハウジング６に形成した環状溝２３ｂを囲うように吸気用冷却水ジャケット３４が形成されている。コンプレッサ側スクロール室２３は軸受けハウジング６の内部に入り込んでいるため、軸受けハウジング６と吸気との接触面積は大きくなっている。その結果、吸気を冷却水で的確に冷却できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部にタービン翼を設けて他端部にコンプレッサ翼を設けた回転軸と、前記タービン翼を外周側から囲うタービン側スクロール室と、前記コンプレッサ翼を外周側から囲うコンプレッサ側スクロール室と、前記タービン側スクロール室とコンプレッサ側スクロール室との間に設けた軸受け部とを有している構成であって、
前記コンプレッサ側スクロール室は、前記軸受け部が形成されている軸受けハウジングと、前記軸受けハウジングに重なったコンプレッサハウジングとの対向面に形成されていて、軸受けハウジングのうちコンプレッサハウジングと対向した面に、前記コンプレッサ側スクロール室を構成する環状溝が形成されており、
かつ、軸受けハウジングに、コンプレッサ側スクロール室を流れる吸気を冷却する吸気用冷却水ジャケットが形成されている、
排気ターボ過給機。
【請求項２】
前記吸気用冷却水ジャケットは、隔壁によって前記回転軸の軸方向に区分されている、
請求項１に記載した排気ターボ過給機。
【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】
排気ターボ過給機は、ハウジングに回転自在に配置された回転軸を備えており、回転軸の一端部にはタービン翼が固定されて、回転軸の他端部にはコンプレッサ翼が固定されており、ハウジングに、タービン翼を外周側から囲うタービン側スクロール室と、コンプレッサ翼を外周側から囲うコンプレッサ側スクロール室と、回転軸を回転自在に保持する軸受け部とを形成している。
【０００３】
一般的には、ハウジングは、タービン側スクロール室が形成されたタービンハウジングと、コンプレッサ側スクロール室が形成されたコンプレッサハウジングと、軸受け部が形成された軸受けハウジング（センターハウジング）の３つのハウジングに分離しており、隣り合ったハウジングは一体に固定されている。
【０００４】
排気ターボ過給機において最も問題になるのは熱の問題であり、従来は、耐熱性の高い特殊鋼でハウジングを製造しているが、これは、コストと重量が嵩むという問題がある。そこで、ハウジングをアルミ製として軽量化を図りつつ、ハウジングに冷却水ジャケットを形成することにより、熱の影響を抑制することが考えられている。
【０００５】
その例として特許文献１には、ハウジングの全体をアルミで一体に鋳造して、その内部に、タービン側スクロール室を囲う冷却水ジャケットや、コンプレッサ側スクロール室を囲う冷却水ジャケットを形成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ＷＯ２０１４／１５３５７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
タービンハウジングや軸受けには排気ガスの熱が作用するため、特許文献１では、冷却水で排気ガスの熱を吸熱することによってタービンハウジングの機能を確保できる。また、コンプレッサ側スクロール室では、吸気が加圧されることによって昇温する現象があり、特許文献１では、加圧による昇温も抑制できると云える。
【０００８】
しかし、特許文献１のようにハウジングの全体を一体に鋳造することは可能ではあっても、コンプレッサ翼を嵌め入れることはできないため、実用性は殆どないと解される。
【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、製造上の問題がなくて現実性が高い状態で吸気を冷却できる排気ターボ過給機を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、請求項１のとおり、
「一端部にタービン翼を設けて他端部にコンプレッサ翼を設けた回転軸と、前記タービン翼を外周側から囲うタービン側スクロール室と、前記コンプレッサ翼を外周側から囲うコンプレッサ側スクロール室と、前記タービン側スクロール室とコンプレッサ側スクロール室との間に設けた軸受け部とを有している」
という基本構成である。
【００１１】
そして、上記基本構成において、
「前記コンプレッサ側スクロール室は、前記軸受け部が形成されている軸受けハウジングと、前記軸受けハウジングに重なったコンプレッサハウジングとの対向面に形成されていて、軸受けハウジングのうちコンプレッサハウジングと対向した面に、前記コンプレッサ側スクロール室を構成する環状溝が形成されており、
かつ、軸受けハウジングに、コンプレッサ側スクロール室を流れる吸気を冷却する吸気用冷却水ジャケットが形成されている」
という構成が付加されている。
【００１２】
本願発明は、請求項２の構成も含んでいる。この発明は、請求項１において、前記吸気用冷却水ジャケットは、隔壁によって前記回転軸の軸方向に区分されている。
【００１３】
本願発明では、タービン側スクロール室が形成されているタービンハウジングと、軸受け部が形成されている軸受けハウジングとは、一体に形成してもよいし、別体であってもよい。いずれにしても、軽量化や冷却性能の点からは、アルミ製又はアルミ合金製とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明では、コンプレッサ側スクロール室は軸受けハウジングに入り込んだ状態に形成されているため、コンプレッサ側スクロール室を流れる吸気を的確に冷却できる。従って、吸気を冷却するインタークーラを小型化したり廃止したりしつつ、充填効率を向上できる。
【００１５】
本願発明では、コンプレッサ側スクロール室は、軸受けハウジングに形成した環状溝とコンプレッサハウジングに形成した環状溝とによって構成されるが、スクロール室は全体としては中空構造であっても、環状溝は、例えば半円状に近い状態でよいため、コンプレッサハウジングは、アルミ等のダイキャスト品とすることも容易であるし、場合によっては板金加工品も採用可能である。このため、コンプレッサハウジングの製造コストを抑制することができる。
【００１６】
吸気用冷却水ジャケットに流入した冷却水には軸受けハウジングからも伝熱するが、請求項２のように吸気用冷却水ジャケットを隔壁によって軸方向に分けると、吸気用冷却水ジャケットのうち、隔壁を挟んでコンプレッサハウジングの側に位置した部位では、冷却水には、軸受けハウジングの熱を遮断した状態で、吸気から集中的に放熱される（或いは、吸気の熱を冷却水で集中的に吸熱できる。）。従って、吸気の冷却性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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）は正面図である。
【図３】図２（Ａ）のIII-III 視縦断断面図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】変形例の縦断断面図である。
【図６】他の変形例の縦断断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
(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。
【００１９】
本実施形態では、方向を特定にするため前後・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。内燃機関では、クランク軸線方向を前後方向と呼ぶことが多いが、本実施形態の方向はこの一般的な方向とは相違している。念のため、図１，２に方向を明示している。
【００２０】
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翼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軸受けハウジング（センターハウジング）６とを有しており、タービンハウジング４と軸受けハウジング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。
【００２１】
タービンハウジング４には、タービン翼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、タービン翼１の回転軸心からの距離が始端から終端に向けて徐々に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。
【００２２】
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、軸受けハウジング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。
【００２３】
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。
【００２４】
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エータ１６によって駆動される。アクチュエータ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。
【００２５】
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２１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。
【００２６】
図３，４に示すように、軸受けハウジング６とコンプレッサハウジング５との対向面には、コンプレッサ側スクロール室２３が形成されている。コンプレッサ側スクロール室２３は、周方向の一端部（終端部）を最も大きい断面積として、一端部と隣り合った他端部（始端部）を最も小さい断面積としており、吸気は、コンプレッサ側スクロール室２３で加圧されて、排出口２４から吸気系に排出される。
【００２７】
本実施形態の特徴として、コンプレッサ側スクロール室２３は、軸受けハウジング６の端面に形成された環状溝２３ａと、コンプレッサハウジング５の端面に形成された環状溝２３ｂとで構成されており、両者により、コンプレッサ側スクロール室２３は中空で環状の構成になっている。
【００２８】
コンプレッサ翼２はコンプレッサ室２５に配置されており、コンプレッサ室２５と、コンプレッサ側スクロール室２３とは、間隔が狭い通路を介して接続されている。従って、コンプレッサ側スクロール室２３は、軸心方向に向けて小さな溝幅で開口しており、吸気は、リング状の溝からコンプレッサ側スクロール室２３に送られて、コンプレッサ側スクロール室２３を周方向に流れながら圧送されていく。
【００２９】
軸受けハウジング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。
【００３０】
(2).冷却構造
タービンハウジング４と軸受けハウジング６とには、冷却水が流れる冷却水ジャケットを形成している。この点を次に説明する。図３，４のとおり、タービンハウジング４には、タービン側スクロール室８を囲うタービンジャケット３１が形成されている。タービンジャケット３１は、タービン側スクロール室８の外周外側に位置した部分３１ａと、タービン側スクロール室８を挟んで軸受けハウジング６の側に位置した部分３１ｂと、タービン側スクロール室８を挟んで出口通路１３の側に位置した部分３１ｃと、出口通路１３を囲う部分３１ｄとを有しており、これらは一連に連通している。
【００３１】
また、図示は省略するが、タービンハウジング４のうち入口筒部４ｂにも冷却水ジャケットが形成されており、これらのタービンジャケット３１は、タービンハウジング４の上端部に設けた冷却水出口３２に集合している。
【００３２】
軸受けハウジング６のうちコンプレッサハウジング５に寄った部位には、コンプレッサ側スクロール室２３を流れる吸気を冷却する吸気用冷却水ジャケット３４が、環状に形成されている。吸気用冷却水ジャケット３４は、軸受けハウジング６の環状溝２３ａを覆うように（被さるように）、コンプレッサ側スクロール室２３に向けて凹んだ断面形状であり、コンプレッサ側スクロール室２３の断面積が周方向に変化していることに対応して、断面形状は変化している。
【００３３】
吸気用冷却水ジャケット３４は、下端部で円弧状の形態になって、上端部では略台形に近い形状になっている。軸受けハウジング６の下端には、吸気用冷却水ジャケット３４と連通した冷却水入口３５が形成されている。
【００３４】
また、吸気用冷却水ジャケット３４とタービンジャケット３１とは、上連通路３６ａと下連通路３６ｂとを介して連通している。上連通路３６ａは、オイル供給穴２８の前後両側に形成されており、下連通路３６ｂは、オイル排出穴２９の前後両側に形成されている。従って、本実施形態では、冷却水の一部は、吸気用冷却水ジャケット３４に流れて吸気を冷却してからタービンジャケット３１の上部に流れ、冷却水の他の部分は、下連通路３６からタービンジャケット３１に流れる。
【００３５】
但し、吸気用冷却水ジャケット３４とタービンジャケット３１とを完全に分離して、それぞれに冷却水の入口と出口を形成することも可能である。また、吸気用冷却水ジャケット３４とタービンジャケット３１とを連通させる場合、上連通路３６ａのみを形成することも可能である。或いは、下連通路３６ｂに代えて（又はこれに加えて）、中途高さ位置に連通路を形成してもよい。
【００３６】
本実施形態では、コンプレッサ側スクロール室２３は軸受けハウジング６にも入り込んでいるため、軸受けハウジング６に形成した吸気用冷却水ジャケット３４により、吸気を効率よく冷却することができる。また、軸受けハウジング６及びコンプレッサハウジング５の環状溝２３ａ，２３ｂは、アンダーカット（窄まり部）がない半円状に形成できるため、コンプレッサハウジング５はダイキャスト品を使用できる。従って、鋳造品に比べてコストを抑制できる。
【００３７】
本実施形態では、軸受けハウジング６とコンプレッサハウジング５との両方に環状溝２３ａ，２３ｂを形成しているが、軸受けハウジング６のみに断面Ｕ形の形状で形成して、コンプレッサハウジング５の端面は単なる平坦面とすることも可能である。この場合は、コンプレッサ側スクロール室２３が軸受けハウジング６に入り込む寸法は大きくなるため、吸気用冷却水ジャケット３４による吸気の冷却性能は更にアップする。
【００３８】
(3).他の実施形態
図５，６では、請求項２に対応した実施形態を示している。これらの実施形態では、吸気用冷却水ジャケット３４のうちの下端部を除いた部分を隔壁３７によって左右に分断している。従って、吸気用冷却水ジャケット３４の大部分は、隔壁３７を挟んでコンプレッサハウジングの側に位置した第１部分３４ａと、隔壁３７を挟んでコンプレッサハウジングと反対側に位置した第２部分３４ｂとに区分されている。
【００３９】
そして、図５の第２実施形態では、第１部分３４ａの上端に専用の冷却水出口３８を設けている。他方、図６の第３実施形態では、第１部分３４ａと第２部分３４ｂとの上端部は連通部３９を介して連通しており、第１部分３４ａで吸気に対する冷却の仕事をした冷却水は、第２部分３４ｂを介してタービンジャケット３１に流れていく。
【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。
【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  タービン翼
２  コンプレッサ翼
３  回転軸
４  タービンハウジング
５  コンプレッサハウジング
６  軸受けハウジング
８  タービン側スクロール室
９  入口通路
２３  コンプレッサ側スクロール室
２３ａ，２３ｂ  環状溝
２７  軸受け部
３１  タービンジャケット
３２  冷却水出口
３４  吸気用冷却水ジャケット
３４ａ  第１部分
３４ｂ  第２部分
３５  冷却水入口
３７  隔壁
【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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