(57)【要約】【課題】凝縮水に起因してインペラが変形することを抑えることのできるコンプレッサハウジングを提供する。【解決手段】コンプレッサハウジング１０は、インペラ１２が収容されるインペラ室１１とインペラ１２に向けて内壁面が隆起した形状のインデューサ部３１とを備えてインペラ室１１に空気を案内する形状で延びる入口通路１３を有する。コンプレッサハウジング１０はインペラ１２を通過した空気が流入するスクロール通路１４、連通路３３、逆止弁３６を有する。連通路３３は、入口通路１３内におけるインデューサ部３１と円筒部２１との接続部分のうちのコンプレッサハウジング１０の設置姿勢において鉛直方向下方に位置する部位で開口するとともに、スクロール通路１４に連通している。逆止弁３６は、連通路３３に設けられて、スクロール通路１４側の圧力が上記接続部分側の圧力よりも高いときに閉弁する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラが収容されるインペラ室と前記インペラに向けて内壁面が隆起した形状の隆起部とを備えて前記インペラ室に空気を案内する形状で延びる入口通路と、前記インペラ室を通過した空気が流入するスクロール通路とを有するコンプレッサハウジングであり、
前記入口通路内部における前記隆起部と同隆起部よりも前記インペラ室から離間する側の部分との接続部分のうちの前記コンプレッサハウジングの設置姿勢において鉛直方向下方に位置する部位で開口するとともに前記スクロール通路に連通する連通路と、
前記連通路に設けられて前記スクロール通路側の圧力が前記接続部分側の圧力よりも高いときに閉弁する逆止弁と、
を備えるコンプレッサハウジング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過給機に用いられるコンプレッサハウジングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
過給機のコンプレッサは、インペラが内部に収容されたコンプレッサハウジングを備えている。このコンプレッサハウジングの内部にはインペラに空気を案内する入口通路が形成されている。
【０００３】
特許文献１に記載のコンプレッサハウジングでは、入口通路が、インペラに近づくに連れて内壁面が通路内方側に隆起するように縮径した形状になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平１−１１８１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、低温環境下で内燃機関の運転が停止された場合など、過給機の作動が停止してコンプレッサハウジングの温度が低下する際に、コンプレッサハウジング内部の空気に含まれる水分が凝縮して凝縮水になることがある。
【０００６】
特許文献１に記載のコンプレッサハウジングは、入口通路の内壁面が通路内方側に隆起している。そのため、入口通路が空気流れ方向下流側に向けて鉛直方向下方側に傾斜した状態になるようにコンプレッサハウジングが配設されると、同入口通路と内燃機関の吸気管との接続部分が鉛直方向下方に向けて窪んだ形状の凹部になり、この凹部に上記凝縮水が集まって滞留してしまう。
【０００７】
そして、凹部に滞留した凝縮水が凍結すると、その状態で内燃機関の運転が開始される等して過給機が始動した場合に、コンプレッサ内部への空気の吸入に伴って上記凹部内の氷が剥がれてインペラに衝突して、同インペラの変形を招くおそれがある。
【０００８】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、凝縮水に起因してインペラが変形することを抑えることのできるコンプレッサハウジングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するためのコンプレッサハウジングは、インペラが収容されるインペラ室と前記インペラに向けて内壁面が隆起した形状の隆起部とを備えて前記インペラ室に空気を案内する形状で延びる入口通路と、前記インペラ室を通過した空気が流入するスクロール通路とを有する。また、コンプレッサハウジングは、前記入口通路内部における前記隆起部と同隆起部よりも前記インペラ室から離間する側の部分との接続部分のうちの前記コンプレッサハウジングの設置姿勢において鉛直方向下方に位置する部位で開口するとともに前記スクロール通路に連通する連通路と、前記連通路に設けられて前記スクロール通路側の圧力が前記接続部分側の圧力よりも高いときに閉弁する逆止弁と、を備える。
【００１０】
上記構成によれば、過給機の作動停止後にコンプレッサハウジング内部で凝縮水が発生するとともに同凝縮水が内壁面を伝い落ちるなどして入口通路内における隆起部と同隆起部よりインペラ室から離間する側の部分との接続部分に到達した場合に、その凝縮水を、連通路を通じて、スクロール通路に排出することができる。これにより、上記接続部分に凝縮水が溜まることを抑えることができるため、過給機の始動に際して凝縮水や同凝縮水からなる氷がインペラに衝突することを抑えることができる。したがって、凝縮水に起因してインペラが変形することを抑えることができる。
【００１１】
上記構成において、単に連通路を設けると、過給機が作動してスクロール通路の内部圧力が高くなったときに、同連通路を通じてスクロール通路から入口通路に空気が逆流してしまうため、コンプレッサの過給効率の低下を招くおそれがある。上記構成によれば、過給機が作動してスクロール通路の内部圧力が高くなったときに、前記逆止弁が閉弁して、連通路による入口通路の接続部分とスクロール通路との連通が遮断されるようになる。これにより、過給機の作動時における上記連通路を通じた空気の逆流を抑えることができるため、連通路が設けられているとはいえ、これに起因するコンプレッサの過給効率の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態のコンプレッサハウジングの断面構造を示す断面図。
【図２】コンプレッサハウジングに設けられる逆止弁の分解斜視図。
【図３】コンプレッサハウジングにおける連通路周辺の断面構造を示す断面図。
【図４】コンプレッサハウジングにおける連通路周辺の断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、コンプレッサハウジングの一実施形態について説明する。
図１に示すように、コンプレッサハウジング１０の内部にはインペラ室１１が形成されており、このインペラ室１１の内部にはインペラ１２が収容されている。インペラ室１１はインペラ１２の回転軸Ｌ１に沿って延設されている。またコンプレッサハウジング１０の内部には、インペラ室１１を始点に上記インペラ１２の回転軸Ｌ１に沿って延びる入口通路１３が形成されている。この入口通路１３を介してインペラ室１１に空気が案内される。さらにコンプレッサハウジング１０の内部には、上記インペラ１２の外周において渦巻形状で延びるスクロール通路１４や、上記インペラ１２の周囲全周にわたって円環形状で延びて上記インペラ室１１とスクロール通路１４とを連通するディフューザ通路１５が形成されている。本実施形態のコンプレッサハウジング１０を備える過給機は、上記入口通路１３が空気流れ方向下流側に向けて鉛直方向下方側に傾斜した状態になるように、鉛直方向に対して傾いた状態で配設されている。
【００１４】
コンプレッサハウジング１０は、スクロール部材２０とシュラウド部材３０と環状部材４０とが組み合わされて構成されている。
スクロール部材２０は、円筒部２１とスクロール部２２とを有している。円筒部２１は、インペラ１２の回転軸Ｌ１を中心とする円筒形状で延びており、内径の大きい固定部２３と内径の小さい通路部２４とが段差部２５を介して接続された段差形状に形成されている。円筒部２１の固定部２３にはシュラウド部材３０が固定されており、同円筒部２１の通路部２４は上記入口通路１３の一部を構成している。またスクロール部２２は、スクロール通路１４の外壁の一部を構成している。
【００１５】
シュラウド部材３０は円筒形状に形成されたインデューサ部３１を備えている。このインデューサ部３１は、空気流れ方向上流側（図１における左側）の部分が、上記インペラ１２に近づくに連れて内壁面が通路内方側に隆起するように縮径した形状になっており、入口通路１３の一部を構成している。インデューサ部３１の内壁面のうちの上記インペラ１２に対向する部分はインペラ室１１の内壁面を構成している。シュラウド部材３０の空気流れ方向下流側（図１における右側）の部分には、インペラ１２の外周方向に突出する形状のフランジ部３２が形成されている。このフランジ部３２の突端は上記スクロール通路１４の一部を構成しており、フランジ部３２の一方（図１における右側）の側面は上記ディフューザ通路１５の内壁面の一部を構成している。本実施形態では、スクロール部材２０の円筒部２１の通路部２４が内径の大きい大径部として機能し、シュラウド部材３０のインデューサ部３１が内径の小さい小径部および隆起部として機能する。
【００１６】
環状部材４０は、略円環形状に形成されており、スクロール部材２０のスクロール部２２に組み付けられる。環状部材４０は、スクロール部２２側（図１における左側）の面がスクロール通路１４の内壁面の一部を構成している。
【００１７】
過給機が作動してインペラ１２が回転すると、コンプレッサハウジング１０の入口通路１３を介してインペラ室１１に流入する空気が、インペラ１２の回転による遠心力の作用によってディフューザ通路１５およびスクロール通路１４に送られる。そして、この空気の流れがディフューザ通路１５およびスクロール通路１４を通過する際に、高圧・低速の流れに変更される。
【００１８】
コンプレッサハウジング１０の組み立てに際しては、先ず、スクロール通路１４の円筒部２１の固定部２３にシュラウド部材３０のインデューサ部３１が挿入される。このとき円筒部２１の段差部２５とインデューサ部３１の先端とが当接することによって、回転軸Ｌ１方向におけるスクロール部材２０とシュラウド部材３０との相対移動が規制される。その後、環状部材４０がスクロール部材２０に取り付けられる。
【００１９】
図１または図２に示すように、本実施形態のコンプレッサハウジング１０には、入口通路１３内におけるインデューサ部３１と円筒部２１との接続部分からスクロール通路１４まで延びる連通路３３が設けられている。この連通路３３は、断面円形状で延びるように、スクロール部材２０の内部に形成されている。また連通路３３は、入口通路１３内部における上記接続部分のうちのコンプレッサハウジング１０の設置姿勢（図１に示す姿勢）において鉛直方向下方に位置する部位と、スクロール通路１４とを連通する形状で延びている。さらに連通路３３は、その延設方向の中間部分の内径と比較して、上記入口通路１３側の端部３４の内径と上記スクロール通路１４側の端部（ボール室３５）の内径とが共に大きくなっている。また、上記端部３４における上記中間部分側の部分や上記ボール室３５における上記中間部分側の部分は、中間部分に近づくに連れて内径が小さくなるテーパ形状になっている。連通路３３は、コンプレッサハウジング１０の設置姿勢において、同連通路３３の底部がスクロール通路１４側に向かうほど鉛直方向下方側の位置になる形状に形成されている。
【００２０】
また、上記連通路３３には逆止弁３６が設けられている。逆止弁３６は、ボール室３５の上記スクロール通路１４側の開口を塞ぐように同ボール室３５に圧入固定されるキャップ３７と、ボール室３５内部に移動可能な状態で収容される球形状のボール３８とを備えている。キャップ３７には、ボール室３５とスクロール通路１４とを連通する二つの貫通孔３７Ａ，３７Ｂが形成されている。一方の貫通孔３７Ａはコンプレッサハウジング１０の設置姿勢において鉛直方向下方に位置する部位に形成されており、他方の貫通孔３７Ｂはコンプレッサハウジング１０の設置姿勢において鉛直方向上方に位置する部位に形成されている。
【００２１】
なお、コンプレッサハウジング１０にキャップ３７が圧入固定された状態を長期にわたって維持するためには、コンプレッサハウジング１０の形成材料の線膨張係数とキャップ３７の形成材料の線膨張係数とが同等であることが望ましい。本実施形態では、コンプレッサハウジング１０とキャップ３７とが同一の材料（アルミニウム合金）によって形成されている。また、ボール３８は、凝縮水の接触による腐食を招き難い材料（本実施形態では、ステンレス鋼）によって形成されている。
【００２２】
以下、コンプレッサハウジング１０に連通路３３と逆止弁３６とを設けることによる作用について説明する。
図３に示すように、上記コンプレッサハウジング１０は、入口通路１３（詳しくは、シュラウド部材３０のインデューサ部３１）の内壁面が通路内方側に隆起している。また、入口通路１３が空気流れ方向下流側に向けて鉛直方向下方側に傾斜した状態になるように、水平方向に対して傾いた状態で延びている。そのため、入口通路１３の内壁面におけるスクロール部材２０とシュラウド部材３０との接続部分が鉛直方向下方に向けて窪んだ形状の凹部になる。
【００２３】
過給機の作動が停止してコンプレッサハウジング１０の温度が低下する際に、同コンプレッサハウジング１０内部の空気に含まれる水分が凝縮して凝縮水になることがある。この凝縮水が上記凹部に集まって滞留して凍結すると、その状態で過給機が始動した場合に、コンプレッサハウジング１０内部への空気の吸入に伴って上記凹部内の氷が剥がれてインペラ１２に衝突して、同インペラ１２の変形を招くおそれがある。なお図３中の一点鎖線は、上記凹部に凝縮水が溜まった場合の水面を示している。
【００２４】
本実施形態のコンプレッサハウジング１０には、そのスクロール部材２０に、連通路３３と上記逆止弁３６とが設けられている。この逆止弁３６は、以下のように作動する。
まず、過給機の作動が停止されてスクロール通路１４内の圧力が十分に低くなると、同圧力と入口通路１３内の圧力とが等しくなる。これにより、逆止弁３６の上記スクロール通路１４側の部分に作用する圧力と上記入口通路１３側の部分に作用する圧力とが等しくなる。このとき、ボール３８が自重によってボール室３５内において落下した状態になるため、連通路３３の上記中間部分とボール室３５とが連通された状態、すなわち逆止弁３６が開弁された状態（図３に示す状態）になる。
【００２５】
そのため過給機の作動停止時に、コンプレッサハウジング１０の内部で発生した凝縮水が内壁面を伝い落ちるなどして入口通路１３内における上記接続部分に到達した場合に、その凝縮水が、図３中に矢印で示すように、連通路３３に流入するとともに同連通路３３および逆止弁３６を通過してスクロール通路１４に排出されるようになる。したがって、コンプレッサハウジング１０内部で発生する凝縮水が上記接続部分に溜まり難くなる。
【００２６】
なお、上記コンプレッサハウジング１０では、連通路３３の上記入口通路１３側の端部３４の通路断面積が大きくなっている。そのため、この端部３４の上記入口通路１３における開口に凝縮水が到達した場合に、連通路３３への流入を妨げるように作用する凝縮水の表面張力よりも、凝縮水の自重のうちの同凝縮水を連通路３３に流入させるように作用する重量分を大きくすることが可能になる。したがってコンプレッサハウジング１０は凝縮水が連通路３３に流入しやすい構造になっている。
【００２７】
また、コンプレッサハウジング１０の設置姿勢において、連通路３３の底部がスクロール通路１４側に向かうほど鉛直方向下方側の位置になる形状で同連通路３３が延びている。そのため、連通路３３内に流入した凝縮水が、同凝縮水に作用する重力によって同連通路３３内部を通過してスクロール通路１４に排出されるようになる。
【００２８】
さらに、逆止弁３６のキャップ３７の鉛直方向下方側の位置に貫通孔３７Ａが設けられているため、この貫通孔３７Ａを通じて、ボール室３５内部からスクロール通路１４に凝縮水が流出するようになる。
【００２９】
ここで、本実施形態のコンプレッサハウジング１０において、仮に逆止弁３６を設けることなく連通路３３を設けるようにすると、過給機が作動してスクロール通路１４の内部圧力が高くなったときに、連通路３３を通じてスクロール通路１４から入口通路１３に空気が逆流してしまうため、コンプレッサの過給効率の低下を招くおそれがある。
【００３０】
本実施形態のコンプレッサハウジング１０では、そうした場合に、逆止弁３６が閉弁されるようになっている。具体的には、過給機が作動してスクロール通路１４内の圧力が高くなると、逆止弁３６の上記スクロール通路１４側の部分に作用する圧力が上記入口通路１３側の部分に作用する圧力よりも高くなる。そして、この圧力差によって、スクロール通路１４から入口通路１３に向けて連通路３３内を空気が流れるようになる。この空気の流れによってボール３８が押圧されるために、ボール３８が自重に抗して鉛直方向上方に移動して、同ボール３８によってボール室３５内における連通路３３の開口が塞がれた状態、すなわち逆止弁３６が閉弁された状態（図４に示す状態）になる。このように上記コンプレッサハウジング１０では、過給機が作動してスクロール通路１４の内部圧力が高くなったときに、前記逆止弁３６が閉弁して、連通路３３による入口通路１３の上記接続部分とスクロール通路１４との連通が遮断されるようになる。
【００３１】
なお、コンプレッサハウジング１０では、キャップ３７の鉛直方向下方側の位置に貫通孔３７Ａが設けられることに加えて、同キャップ３７の鉛直方向上方側の位置にも貫通孔３７Ｂが設けられている。そのため、過給機の作動開始直後において、図４中に矢印で示すように、二方向からボール３８に空気が吹き付けられるようになる。これにより、ボール室３５内から凝縮水を排出させるための貫通孔３７Ａのみが設けられたものと比較して、ボール室３５内におけるボール３８の片寄りが抑えられつつ、同ボール３８によってボール室３５内における連通路３３の開口が塞がれるようになる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）過給機の作動停止時にコンプレッサハウジング１０の内部で発生した凝縮水が入口通路１３内におけるスクロール部材２０とシュラウド部材３０との接続部分に到達した場合に、その凝縮水を、連通路３３を通じてスクロール通路１４に排出することができる。これにより、入口通路１３内における上記接続部分に凝縮水が溜まることを抑えることができるため、同接続部分に氷が発生し難くなる。そのため、過給機の始動に際して、入口通路１３への空気の吸入に伴って氷が剥がれてインペラ１２に衝突することを抑えることができ、上記凝縮水に起因してインペラ１２が変形することを抑えることができる。
【００３３】
しかも、過給機が作動してスクロール通路１４の内部圧力が高くなったときに、連通路３３に設けられた逆止弁３６が閉弁して、同連通路３３による入口通路１３の上記接続部分とスクロール通路１４との連通が遮断されるようになる。これにより、過給機の作動時における上記連通路３３を通じた空気の逆流を抑えることができるため、入口通路１３とスクロール通路１４とを連通する連通路３３が設けられているとはいえ、これに起因するコンプレッサの過給効率の低下を抑えることができる。
【００３４】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・コンプレッサハウジング１０やキャップ３７を鉄系材料によって形成したり、ボール３８をステンレス鋼以外の鉄系金属で形成したりしてもよい。
【００３５】
・コンプレッサハウジング１０内に区画形成されたボール室３５とボール３８とキャップ３７とからなる逆止弁３６に代えて、例えばボール室として機能するケースと同ケースの内部に収容されたボールとケースの開口を塞ぐように設けられるキャップとからなる逆止弁など、単体で逆止弁として機能するものを採用するようにしてもよい。この場合、逆止弁を連通路の一端に圧入固定したり挿入および固定したりすることによってコンプレッサハウジングに取り付けることができる。
【００３６】
・連通路を、ディフューザ通路１５の内部まで延びる形状に形成したり、ディフューザ通路１５とインペラ室１１との間の部位まで延びる形状に形成したり、インペラ室１１の内部まで延びる形状に形成したりしてもよい。こうした連通路が設けられたコンプレッサハウジングにおいても、同連通路に逆止弁を設けることにより、上記実施形態のコンプレッサハウジング１０と同様の作用効果を得ることができる。なお、そうしたコンプレッサハウジングでは、連通路の一部あるいは全部をシュラウド部材３０の内部に形成するようにすればよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０…コンプレッサハウジング、１１…インペラ室、１２…インペラ、１３…入口通路、１４…スクロール通路、１５…ディフューザ通路、２０…スクロール部材、２１…円筒部、２２…スクロール部、２３…固定部、２４…通路部、２５…段差部、３０…シュラウド部材、３１…インデューサ部、３２…フランジ部、３３…連通路、３４…端部、３５…ボール室、３６…逆止弁、３７…キャップ、３７Ａ，３７Ｂ…貫通孔、３８…ボール、４０…環状部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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