(57)【要約】【課題】全体を効率良く冷却することのできるタービンハウジングを提供する。【解決手段】タービンハウジングは、タービンホイールが内部に配設される排気流路と、内部を冷却水が通過する冷却水路４０と、を有する。またタービンハウジングは、冷却水路４０の内部をタービンホイールのシュラウド部の周囲で延びる第１水路４１と同シュラウド部の周囲以外の部分で延びる第２水路４２とに仕切る形状で、タービンホイールの回転中心の周りを囲むように延びる仕切り壁を有する。さらにタービンハウジングは、冷却水路４０の外部から冷却水が流入するとともに同冷却水を第１水路４１と第２水路４２とに分配する分配部４７と、第１水路４１と第２水路４２とを連通して同第１水路４１内の冷却水を第２水路４２内に流出させる内部流出通路５０と、第２水路４２内の冷却水を冷却水路４０の外部に流出させる外部流出通路５１と、を有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気が通過するとともにタービンホイールが内部に配設される排気流路と、
前記排気流路の周囲を取り囲む形状に形成されて内部を冷却水が通過する冷却水路と、
前記冷却水路の内部を前記排気流路における前記タービンホイールのシュラウド部の周囲で延びる第１水路と前記排気流路における前記シュラウド部の周囲以外の部分で延びる第２水路とに仕切る形状で、前記タービンホイールの回転中心の周りを囲むように延びる仕切り壁と、
前記冷却水路の外部から冷却水が流入するとともに同冷却水を前記第１水路と前記第２水路とに分配する分配部と、
前記第１水路と前記第２水路とを連通して前記第１水路内の冷却水を前記第２水路内に流出させる内部流出通路と、
前記第２水路内の冷却水を前記冷却水路の外部に流出させる外部流出通路と
を備えるタービンハウジング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水が通過する冷却水路を有するタービンハウジングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャーのタービンハウジングの内部には内燃機関の排気が通過する排気流路が設けられており、同排気流路の内部にはタービンホイールが配設されている。こうしたタービンハウジングに冷却水が通過する冷却水路を設けることが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１のタービンハウジングでは、冷却水路が、タービンホイールの周囲全周にわたって渦巻形状で延びるスクロール通路の周囲や、排気流路におけるタービンホイールの配設部分（シュラウド部）の周囲、並びにタービンホイールを通過した排気を外部に排出するための排出通路の周囲を取り囲む形状に形成されている。
【０００４】
また、特許文献１のタービンハウジングでは、冷却水路の内部に冷却水を流入させる流入口が、同冷却水路における上記スクロール通路の周囲で延びる部分に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
タービンハウジングでは、スクロール通路の周辺の温度や排出通路の周辺の温度よりも、シュラウド部の周辺の温度が高くなり易い。そのため、シュラウド部を十分に冷却するために、冷却水路における冷却水の流量を多くすると、シュラウド部以外の部分（スクロール通路の周辺や排出通路の周辺）が過度に冷却されることになってしまう。一方、シュラウド部以外の部分の温度を適温に維持するべく冷却水路における冷却水の流量を定めると、シュラウド部の冷却不足を招いてしまう。
【０００７】
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、全体を効率良く冷却することのできるタービン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】
【０００８】
上記課題を達成するためのタービンハウジングは、内燃機関の排気が通過するとともにタービンホイールが内部に配設される排気流路と、前記排気流路の周囲を取り囲む形状に形成されて内部を冷却水が通過する冷却水路と、を備える。また上記タービンハウジングは、前記冷却水路の内部を前記排気流路における前記タービンホイールのシュラウド部の周囲で延びる第１水路と前記排気流路における前記シュラウド部の周囲以外の部分で延びる第２水路とに仕切る形状で、前記タービンホイールの回転中心の周りを囲むように延びる仕切り壁を備える。さらに上記タービンハウジングは、前記冷却水路の外部から冷却水が流入するとともに同冷却水を前記第１水路と前記第２水路とに分配する分配部と、前記第１水路と前記第２水路とを連通して前記第１水路内の冷却水を前記第２水路内に流出させる内部流出通路と、前記第２水路内の冷却水を前記冷却水路の外部に流出させる外部流出通路とを備える。
【０００９】
タービンハウジングの構造上、冷却水路におけるシュラウド部の周囲において延びる部分は、シュラウド部の周囲以外で延びる部分よりも内部側（タービンホイール側）の位置になる。
【００１０】
上記タービンハウジングによれば、外部から分配部に導入される冷却水の一部を、同分配部によって分配することにより、冷却水路の中でも同タービンハウジングにおける内部側に配置されてシュラウド部の周囲において延びる部分（第１水路）に流入させることができる。そのため、分配部から第１水路に流入した上記タービンハウジングとの熱交換による温度上昇の度合いの小さい冷却水を利用して、同タービンハウジングの中でも高温になるシュラウド部を好適に冷却することができる。
【００１１】
しかも、タービンハウジングの外部から分配部に導入される冷却水の残りは、冷却水路におけるシュラウド部の周囲以外の部分で延びる部分（第２通路）に流入するようになる。そのため、タービンハウジングにおけるシュラウド部以外の部分についても、同第２通路内を通過する冷却水によって冷却することができる。
【００１２】
さらに、第１水路を通過した冷却水は、内部流出通路を通じて第２水路に流出した後に、外部流出通路を通じてタービンハウジングの外部に流出する。そのため、シュラウド部の周囲において延びる第１水路がタービンハウジングにおける内部側に配置されるとはいえ、同第１水路内を通過した後の冷却水は第２水路を介してタービンハウジングの外部に流出させることができる。
【００１３】
したがって上記タービンハウジングによれば、同タービンハウジングの全体を効率良く冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態のタービンハウジングを有するターボチャージャおよびその周辺構造を模式的に示す略図。
【図２】同タービンハウジングの断面構造を示す断面図。
【図３】図２の矢印Ｂ方向から見た同タービンハウジングの第１水路、第２水路および第３水路の平面形状を各別に示す平面図。
【図４】同タービンハウジングの内部における冷却水の流通態様を模式的に示す略図。
【図５】同タービンハウジングの分配部周辺における冷却水路の内部構造を示す斜視図。
【図６】同タービンハウジングの分配部周辺における冷却水路の内部構造を示す平面図。
【図７】第２実施形態のタービンハウジングの第１水路、第２水路および第３水路の平面形状を各別に示す平面図。
【図８】同タービンハウジングの冷却水路の内部構造を示す平面図。
【図９】同タービンハウジングの分配部周辺における冷却水路の内部構造を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、タービンハウジングの第１実施形態について説明する。
図１に示すように、ターボチャージャー１０は、内燃機関１の吸気管２の途中に配設されたコンプレッサ２０と、同内燃機関１の排気管３の途中に配設されたタービン３０と、それらコンプレッサ２０およびタービン３０を連結するベアリングハウジング１１とを備えている。
【００１６】
コンプレッサ２０はコンプレッサハウジング２１を有しており、コンプレッサハウジング２１の内部にはコンプレッサインペラ２３が配設されている。また、タービン３０はタービンハウジング３１を有しており、タービンハウジング３１の内部にはタービンホイール３３が配設されている。タービンホイール３３とコンプレッサインペラ２３とは回転シャフト１２を介して一体回転可能に連結されており、同回転シャフト１２は上記ベアリングハウジング１１の軸受部に回転可能に支持されている。
【００１７】
次に、上記タービン３０およびその周辺の構造について詳しく説明する。
図２に示すように、タービンハウジング３１の内部には、上記タービンホイール３３の回転中心Ｌを中心とする断面円形状で延びるダクト部３４が設けられている。
【００１８】
ダクト部３４の一方側（図２における左側）の部分はタービンハウジング３１のシュラウド部３５になっており、このシュラウド部３５の内部にはタービンホイール３３が配設されている。またタービンハウジング３１の内部には、上記タービンホイール３３の周囲全周にわたって渦巻形状で延びるスクロール通路３６が設けられている。スクロール通路３６には排気管３における上記タービン３０よりも排気上流側の部分（上流側排気管３Ａ［図１参照］）が接続される。本実施形態では、ダクト部３４およびスクロール通路３６が内燃機関１の排気が通過する排気流路に相当する。
【００１９】
また、上記ダクト部３４における上記シュラウド部３５よりも排気流れ方向下流側（図２における右側）の部分は、排気をダクト部３４の外部に排出する排出通路３７になっており、この排出通路３７には排気管３の上記タービン３０よりも排気下流側の部分（下流側排気管３Ｂ［図１参照］）が接続される。
【００２０】
タービンハウジング３１の内部には、上記ダクト部３４および上記スクロール通路３６の周囲を取り囲む形状で、冷却水を循環させるための冷却水路４０が設けられている。このタービンハウジング３１は、冷却水路４０の内部に冷却水を強制的に循環させることにより、同冷却水との熱交換を通じて冷却される水冷式のものになっている。図１に示すように、内燃機関１には、その内部に設けられて冷却水が供給されるウォータジャケット５や、冷却水を冷却するためのラジエーター６、冷却水を圧送するウォーターポンプ７などからなる機関冷却系を備えている。本実施形態では、内燃機関１の運転に際して機関冷却系内の冷却水の一部が上記冷却水路４０に供給されて循環するようになっている。
【００２１】
以下、冷却水路４０の具体的な構造について説明する。
図２および図３に示すように、冷却水路４０の内部には、内部を３つの水路（第１水路４１、第２水路４２、第３水路４３）に仕切るように、タービンホイール３３の回転中心Ｌの周囲において円環形状で延びる２つの仕切り壁４４，４５が設けられている。なお図３は、第１水路４１、第２水路４２および第３水路４３の形状を各別に示している。
【００２２】
仕切り壁４４は、スクロール通路３６の外壁の最も外周側の部分とタービンハウジング３１の外壁とを繋ぐ形状に形成されている。この仕切り壁４４により、冷却水路４０におけるスクロール通路３６の周囲に形成される部分が、ベアリングハウジング１１側（図２中における左側）の部分である第３水路４３と排出通路３７側（図２中における右側）の部分（詳しくは、第２水路４２の一部）とに区画されている。
【００２３】
また仕切り壁４５は、排出通路３７の外壁における上記シュラウド部３５の近傍の部分の外壁と上記スクロール通路３６の外壁における排出通路３７側の部分とを繋ぐ形状に形成されている。この仕切り壁４５により、冷却水路４０におけるシュラウド部３５の周囲を含む部分である第１水路４１とそれ以外の部分（詳しくは、第２水路４２の一部）とが区画されている。
【００２４】
上記第１水路４１は、上記タービンホイール３３のシュラウド部３５の周囲において、タービンホイール３３の回転中心Ｌの周囲を囲む円環形状で延びている。第２水路４２は、スクロール通路３６の周囲における排出通路３７側の部分と排出通路３７の周囲と第１水路４１の周囲とを取り囲む形状に形成されている。このように第２水路４２は、上記シュラウド部３５の周囲を含まない部分、すなわちシュラウド部３５の周囲以外の部分で延びている。第３水路４３は、スクロール通路３６の周囲における上記ベアリングハウジング１１側の部分を囲む形状に形成されている。
【００２５】
図３〜図５に示すように、スクロール通路３６における排気流入口３６Ａ（図２参照）付近には、冷却水路４０の外部から内部に冷却水を流入させるための外部流入通路４６が設けられている。この外部流入通路４６は、一方の端部が冷却水路４０の外部に開放されるとともに、他方の端部が上記第３水路４３と分配部４７とに連通されている。分配部４７は第１水路４１と第２水路４２とにそれぞれ連通されている。そして、外部流入通路４６を介して分配部４７に流入した冷却水が第１水路４１および第２水路４２に分配されるようになっている。
【００２６】
図５および図６に示すように、分配部４７は、冷却水路４０における上記スクロール通路３６の周囲を囲むように形成される部分のうちの上記排出通路３７側の部分において、同スクロール通路３６の排気流入口３６Ａ（図２参照）側の端部に配置されている。具体的には、冷却水路４０における上記スクロール通路３６の排気流入口３６Ａ側の端部から若干離れた位置に、同スクロール通路３６の延伸方向と交差する方向に延びるとともに、冷却水路４０のスクロール通路３６に近い側の内壁と同スクロール通路３６から遠い側の内壁とを繋ぐ形状のリブ４８が形成されている。そして、図６中に破線で示すように、リブ４８によって冷却水路４０を塞ぐように同冷却水路４０内においてリブ４８を延伸した場合に、リブ４８と冷却水路４０の内壁とによって囲まれる部分（図６中に斜線で示す部分）が分配部４７として機能する。
【００２７】
図３〜図５に示すように、分配部４７には、同分配部４７と第１水路４１とを連通する内部流入通路４９が接続されている。この内部流入通路４９を介して分配部４７内の冷却水が第１水路４１に流入する。また、冷却水路４０では、同冷却水路４０の内壁とリブ４８との隙間Ｓ（図３）を通じて、分配部４７と第２水路４２とが連通している。この隙間Ｓを通じて、分配部４７内の冷却水が第２水路４２に流入する。このように、上記タービンハウジング３１では、外部流入通路４６を介して分配部４７に流入した冷却水が第１水路４１および第２水路４２に分配される。
【００２８】
また、図３〜図５に示すように、冷却水路４０には第１水路４１と第２水路４２とを連通する内部流出通路５０が設けられている。この内部流出通路５０を通じて、第１水路４１内の冷却水が第２水路４２に流出する。さらに冷却水路４０には、同冷却水路４０の内部から外部に冷却水を流出させるための外部流出通路５１が設けられている。この外部流出通路５１（本実施形態では２箇所）は、一方の端部が第２水路４２と第３水路４３とに連通されるとともに、他方の端部が冷却水路４０の外部に開放されている。
【００２９】
（作用）
以下、本実施形態のタービンハウジング３１による作用について説明する。
図４に示すように、タービンハウジング３１では、外部流入通路４６を通じて、同タービンハウジング３１（冷却水路４０）の外部から第３水路４３に冷却水が流入する。そして、第３水路４３を通過する冷却水によって、スクロール通路３６（図２参照）のベアリングハウジング１１側の部分が冷却される。
【００３０】
一方、冷却水は、外部流入通路４６を通じて、タービンハウジング３１の外部から分配部４７にも流入する。そして、分配部４７に流入した冷却水は、第１水路４１と第２水路４２とに分配されて流入する。これにより、第１水路４１を通過する冷却水によってシュラウド部３５（図２参照）が冷却されるようになり、第２水路４２を通過する冷却水によってスクロール通路３６の排出通路３７側の部分や同排出通路３７が冷却されるようになる。
【００３１】
第１水路４１を通過した冷却水は、内部流出通路５０を介して第２水路４２に流出して合流する。そして、第２水路４２を通過した冷却水と第３水路４３を通過した冷却水とは、外部流出通路５１を介してタービンハウジング３１の外部に排出される。
【００３２】
ここで図２に示すように、上記タービンハウジング３１では、その構造上、冷却水路４０における上記シュラウド部３５の周囲において延びる第１水路４１が、同シュラウド部３５の周囲以外の部分で延びる第２水路４２よりもタービンハウジング３１における内部側（タービンホイール３３側）の位置になる。そのため、タービンハウジング３１は、その外部から第１水路４１に冷却水を供給し難い構造であると云える。
【００３３】
上記タービンハウジング３１では、冷却水路４０における上記スクロール通路３６の排気流入口３６Ａ側の端部に配置される部分に分配部４７が形成されており、図５中に矢印で示すように、同分配部４７にタービンハウジング３１の外部から冷却水が導入される。そして、分配部４７に導入された冷却水の一部が、同分配部４７によって分配されて、内部流入通路４９を介して第１水路４１に流入するようになる。このように上記タービンハウジング３１によれば、分配部４７によって冷却水を分配することにより、冷却水路４０の中でも同タービンハウジング３１における内部側に配置された第１水路４１に冷却水を流入させることができる。
【００３４】
また、上記タービンハウジング３１によれば、このようにして冷却水路４０における分配部４７のみを通過して第１水路４１に流入した冷却水、言い換えれば上記タービンハウジング３１との熱交換による温度上昇の度合いの小さい冷却水を利用して、同タービンハウジング３１の中でも高温になるシュラウド部３５を好適に冷却することができる。
【００３５】
しかも、図３および図４に示すように、タービンハウジング３１の外部から分配部４７に導入される冷却水のうちの第１水路４１に流入する分を除いた残りは、第２水路４２に流入するようになる。また、外部流入通路４６を通じて冷却水路４０に導入される冷却水は、同冷却水路４０におけるスクロール通路３６のベアリングハウジング１１側の部分の周囲で延びる部分である第３水路４３にも導入される。そのため、タービンハウジング３１におけるシュラウド部３５以外の部分（スクロール通路３６や排出通路３７）についても、第２水路４２内や第３水路４３内を通過する冷却水によって冷却することができる。
【００３６】
また、上記タービンハウジング３１では、第１水路４１を通過した冷却水は、内部流出通路５０を通じて第２水路４２に流出した後に、外部流出通路５１を通じてタービンハウジング３１の外部に流出する。そのため、シュラウド部３５の周囲において延びる第１水路４１がタービンハウジング３１における内部側に配置されるとはいえ、第１水路４１内を通過した後の冷却水を、同第１水路４１よりも外部側に配置された第２水路４２を介してタービンハウジング３１の外部に流出させることができる。このように本実施形態によれば、タービンハウジング３１の中でも高温になるシュラウド部３５の周囲に配置される第１水路４１に低温の冷却水を循環させることができるため、同タービンハウジング３１の全体を効率良く冷却することができる。
【００３７】
図２に示すように、上記タービンハウジング３１では、仕切り壁４５が、排出通路３７の外壁における上記シュラウド部３５の近傍の部分とスクロール通路３６の外壁における上記排出通路３７側の部分とを繋ぐ形状に形成されている。そのため、高温になるシュラウド部３５の外壁の熱を、仕切り壁４５による熱伝導を通じて、比較的低温のスクロール通路３６の外壁に逃がすことができる。これにより、シュラウド部３５の温度の過上昇を抑えることができる。
【００３８】
また上記タービンハウジング３１では、仕切り壁４４，４５が設けられているために、これら仕切り壁４４，４５が設けられていないものと比較して、タービンハウジング３１の強度が高くなる。これにより、タービンハウジング３１の熱変形が抑えられて、シュラウド部３５の内壁とタービンホイール３３との間隙の変化を抑えることができるため、ターボチャージャー１０の過給効率の低下を抑えることができる。
【００３９】
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。
（１）タービンハウジング３１の全体を効率良く冷却することができる。
（第２実施形態）
以下、タービンハウジングの第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４０】
本実施形態のタービンハウジングと第１実施形態のタービンハウジングとは、冷却水路の構造が異なる。
以下、本実施形態のタービンハウジングの冷却水路の具体的な構造について説明する。なお本実施形態のターボチャージャーの基本構造は、第１実施形態のターボチャージャー１０（図１および図２参照）と同様であるため、同一の構成については同一の符号を付して示し、その詳細な説明は割愛する。
【００４１】
図７に示すように、冷却水路７０の内部は、２つの仕切り壁４４，４５（図２参照）により、３つの水路（第１水路７１、第２水路７２、第３水路７３）に仕切られている。なお、図７は、第１水路７１、第２水路７２および第３水路７３の平面形状を各別に示している。仕切り壁４４により、冷却水路７０におけるスクロール通路３６の周囲に形成される部分が、ベアリングハウジング１１側の部分である第３水路７３と排出通路３７側の部分（詳しくは、第２水路７２の一部）とに区画されている。また仕切り壁４５により、冷却水路７０におけるシュラウド部３５の周囲を含む部分である第１水路７１とそれ以外の部分（詳しくは、第２水路７２の一部）とが区画されている。
【００４２】
上記第１水路７１は、上記タービンホイール３３のシュラウド部３５の周囲において、タービンホイール３３の回転中心Ｌの周囲を囲む円環形状で延びている。第２水路７２は、スクロール通路３６の周囲における排出通路３７側の部分と排出通路３７の周囲と第１水路７１の周囲とを取り囲む形状に形成されている。このように第２水路７２は、上記シュラウド部３５の周囲以外の部分で延びている。第３水路７３は、スクロール通路３６の周囲における上記ベアリングハウジング１１側の部分を囲む形状に形成されている。
【００４３】
図８および図９に示すように、タービンハウジングの外壁における上記スクロール通路３６の排気流れ方向の途中の部分には、冷却水路７０の外部から内部に冷却水を流入させるための外部流入通路７６が設けられている。外部流入通路７６は、一方の端部が冷却水路７０の外部に開放されるとともに、他方の端部が上記第３水路７３と分配部７７とに連通されている。分配部７７には、同分配部７７と第１水路７１とを連通する内部流入通路７９が接続されている。この内部流入通路７９を介して分配部７７内の冷却水が第１水路７１に流入する。
【００４４】
なお、図８および図９に示すように、分配部７７は、冷却水路７０における上記スクロール通路３６の周囲を囲むように形成される部分のうちの上記排出通路３７側の部分（第２水路７２）において、同スクロール通路３６の排気流れ方向における途中の部分に配置されている。本実施形態のタービンハウジングでは、外部流入通路７６から上記分配部４７に流入する冷却水の流れ方向と上記分配部４７から内部流入通路４９に流入する冷却水の流れ方向とが一致するように、それら内部流入通路７９および外部流入通路７６が配置されている。そして、内部流入通路４９の上記分配部４７における開口の端部と外部流入通路４６の上記分配部４７における開口の端部とを繋いだ面によって囲まれる部分（図９中に斜線で示す部分）が分配部４７として機能する。
【００４５】
こうした構造の分配部７７は、周囲を第２水路７２で囲まれている。そのため、外部流入通路４６から分配部７７に流入した冷却水は、同分配部４７から第２水路７２にも流入するようになる。このように本実施形態のタービンハウジングでは、外部流入通路７６を介して分配部７７に流入した冷却水が第１水路７１および第２水路７２に分配される。
【００４６】
また、冷却水路７０には第１水路７１と第２水路７２とを連通する内部流出通路８０が設けられている。この内部流出通路８０を通じて、第１水路７１内の冷却水が第２水路７２に流出する。さらに冷却水路７０には、同冷却水路７０の内部から外部に冷却水を流出させるための外部流出通路８１（本実施形態では２箇所）が設けられている。この外部流出通路８１は、一方の端部が第２水路７２と第３水路７３とに連通されるとともに、他方の端部が冷却水路７０の外部に開放されている。
【００４７】
こうしたタービンハウジングによれば、第１実施形態のタービンハウジング３１と同様の作用効果を得ることができる。
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００４８】
・各実施形態において、仕切り壁４４を省略してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…内燃機関、２…吸気管、３…排気管、３Ａ…上流側排気管、３Ｂ…下流側排気管、５…ウォータジャケット、６…ラジエーター、７…ウォーターポンプ、１０…ターボチャージャー、１１…ベアリングハウジング、１２…回転シャフト、２０…コンプレッサ、２１…コンプレッサハウジング、２３…コンプレッサインペラ、３０…タービン、３１…タービンハウジング、３３…タービンホイール、３４…ダクト部、３５…シュラウド部、３６…スクロール通路、３６Ａ…排気流入口、３７…排出通路、４０，７０…冷却水路、４１，７１…第１水路、４２，７２…第２水路、４３，７３…第３水路、４４，４５…仕切り壁、４６，７６…外部流入通路、４７，７７…分配部、４８…リブ、４９，７９…内部流入通路、５０，８０…内部流出通路、５１，８１…外部流出通路。
【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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【図８】
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【図９】
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