(57)【要約】【課題】ディフューザ部の温度をデポジットが堆積しない所定温度に容易に制御することができるターボチャージャの提供にある。【解決手段】回転軸１３を回転可能に支持するセンタハウジング１１と、回転軸１３の軸心Ｌ１方向の一方においてセンタハウジング１１に接合されたコンプレッサハウジング１２と、コンプレッサハウジング１２は、回転軸１３と一体回転可能に設けられ、空気の流速を増大させるコンプレッサホイール２１と、コンプレッサホイール２１を収容するホイール室２２と、を備え、ホイール室２２の周囲においてコンプレッサハウジング１２とセンタハウジング１１とにより区画されて設けられ、コンプレッサホイール２１から流入した空気が内部を流通して空気の圧力を上昇させる通路をなすディフューザ部２４と、を備えるターボチャージャ１０であって、ディフューザ部２４はペルチェ素子を備えた冷却部材３７を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を回転可能に支持するセンタハウジングと、
前記回転軸の軸心方向の一方において前記センタハウジングに接合されたコンプレッサハウジングと、
前記コンプレッサハウジングは、
前記回転軸と一体回転可能に設けられるコンプレッサホイールと、前記コンプレッサホイールを収容するホイール室と、を備え、
前記ホイール室の周囲において前記コンプレッサハウジングと前記センタハウジングとにより区画されて設けられるディフューザ部と、を備えるターボチャージャであって、
前記ディフューザ部はペルチェ素子を備えた冷却部材を備えることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記コンプレッサハウジングと前記センタハウジングのうち少なくとも一方は、放熱機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用ターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排気ガス中の窒素酸化物の低減や燃費向上を目的として、燃焼後の排気ガスの一部を取り出して再度吸気させる排気再循環（ＥＧＲ）機構を車両用の内燃機関に設けることが多用されている。また、内燃機関の出力向上を目的として、ターボチャージャから内燃機関に送られる圧縮後の空気の過給圧を高くすることが望まれている。
【０００３】
しかしながら、過給圧を高くする場合、内部を流通する空気の速度を落として圧力を高くするディフューザ部では、空気が高温となり、空気に含まれる再循環された排気ガス中の未燃焼の燃料や潤滑油等のオイル成分が炭化したデポジットが堆積する場合がある。ディフューザ部の内壁面にデポジットが堆積してしまうと、ディフューザ部の通路内径が次第に縮小し、ターボチャージャの過給効率が低下して内燃機関の出力が低下してしまう。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１には、ディフューザ部におけるデポジットの堆積を抑制するため、ディフューザ部を効率的に冷却するターボチャージャの冷却装置が開示されている。特許文献１で開示されたターボチャージャの冷却装置では、冷却水を、ターボチャージャの外部に設けられた冷却水循環通路と、コンプレッサハウジング及びセンタハウジングに設けられて冷却水循環通路に連通された冷却水通路とに循環させて、コンプレッサハウジングのディフューザ部を冷却する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４１４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のターボチャージャでは、ディフューザ部をデポジットが堆積しない所定温度とするために、冷却水により冷却水通路の周囲のコンプレッサハウジング及びセンタハウジングを冷却して、熱伝導によりコンプレッサハウジング及びセンタハウジングにより形成されたディフューザ部を所定温度としている。特許文献１のターボチャージャの冷却装置では、ディフューザ部を所定温度とするために冷却水の温度を所定温度より相当程度低い温度にする必要があり、冷却効率が悪く、ディフューザ部の温度を制御し難いという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、ディフューザ部の温度をデポジットが堆積しない所定温度に容易に制御することができるターボチャージャの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、回転軸を回転可能に支持するセンタハウジングと、前記回転軸の軸心方向の一方において前記センタハウジングに接合されたコンプレッサハウジングと、前記コンプレッサハウジングは、前記回転軸と一体回転可能に設けられ、空気の流速を増大させるコンプレッサホイールと、前記コンプレッサホイールを収容するホイール室と、を備え、前記ホイール室の周囲において前記コンプレッサハウジングと前記センタハウジングとにより区画されて設けられ、前記コンプレッサホイールから流入した空気が内部を流通して空気の圧力を上昇させる通路をなすディフューザ部と、を備えるターボチャージャであって、前記ディフューザ部はペルチェ素子を備えた冷却部材を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、ペルチェ素子を備えた冷却部材に電流が流されて、ディフューザ部が所定温度まで下げられ、ディフューザ部の内壁面にディフューザ部を流通する空気のオイル成分が炭化したデポジットが堆積することが防止されている。
【００１０】
また、上記のターボチャージャにおいて、前記コンプレッサハウジングと前記センタハウジングのうち少なくとも一方は、放熱機構を備えることを特徴とする。
この場合、ペルチェ素子によりセンタハウジングとコンプレッサハウジングとの温度が上昇しても、放熱機構によりセンタハウジングとコンプレッサハウジングとが冷却される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、ディフューザ部の温度をデポジットが堆積しない所定温度に容易に制御することができるターボチャージャの提供にある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るターボチャージャを示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るターボチャージャの冷却部材を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態に係るターボチャージャを図面に基づいて説明する。
本実施形態では、車両エンジンに搭載される過給機としてのターボチャージャについて例示する。
【００１４】
図１に示す本実施形態のターボチャージャ１０は、ターボチャージャ１０のハウジングを構成するタービンハウジング（図示しない）とセンタハウジング１１とコンプレッサハウジング１２とを備えている。センタハウジング１１は、タービンハウジングとコンプレッサハウジング１２との間に設けられ、タービンハウジングとコンプレッサハウジング１２とに接合されている。
【００１５】
タービンハウジングには、周囲に複数の羽根を備えるタービンホイール（図示しない）が配設されている。タービンホイールは、タービンハウジングのタービン室に収容され、ターボチャージャ１０の外部にある車両エンジンの排気通路からタービン室の周囲の渦巻状のスクロール通路を介してタービン室に流入する排気ガスによって回転される。
【００１６】
センタハウジング１１には、回転軸１３が配設されている。回転軸１３は、軸受（図示しない）を介してセンタハウジング１１に回転可能に支持されている。図１に示す軸線Ｌ１は回転軸１３の軸心を通る線であり、回転軸１３の軸心方向は軸線Ｌ１方向である。
【００１７】
センタハウジング１１の内部には、回転軸１３を囲んで冷却水通路であるセンタハウジング側冷却水通路１４が設けられている。センタハウジング側冷却水通路１４は、第１開口部１５と第２開口部１６とを備え、センタハウジング１１の内部を冷却水が流通する通路である。センタハウジング側冷却水通路１４は、第１開口部１５と第２開口部１６とにおいてターボチャージャ１０の外部の冷却水循環通路である第１冷却水循環通路１７に接続されて連通している。第１冷却水循環通路１７はポンプ１８を備える。センタハウジング側冷却水通路１４と第１冷却水循環通路１７とは環状の通路を構成し、冷却水を第１冷却水循環通路１７のポンプ１８により第１冷却水循環通路１７とセンタハウジング側冷却水通路１４とに循環させてセンタハウジング１１を冷却する水冷回路である。本実施形態の水冷回路は、本発明の放熱機構である。
【００１８】
コンプレッサハウジング１２には、複数の羽根２０を備えるコンプレッサホイール２１が配設されている。コンプレッサホイール２１は、回転軸１３の一端に一体回転可能に取り付けられ、回転軸１３の他端には、タービンホイールが一体回転可能に取り付けられている。コンプレッサハウジング１２は、中心部にホイール室２２を備え、ホイール室２２の周囲のコンプレッサハウジング１２の内部には、冷却水通路であるコンプレッサハウジング側冷却水通路２３と、コンプレッサハウジング側冷却水通路２３の周囲に渦巻状に形成されたコンプレッサ通路２５とを備える。
【００１９】
ホイール室２２は、コンプレッサホイール２１を収容し、車両エンジンの吸気通路に連通する吸入口２６を備える。コンプレッサ通路２５はターボチャージャ１０の外部にある車両エンジンのインタークーラを介して燃焼室と連通している。
【００２０】
コンプレッサハウジング側冷却水通路２３は、第１開口部２７と第２開口部２８とを備え、内部を冷却水が流通する通路である。コンプレッサハウジング側冷却水通路２３は、第１開口部２７と第２開口部２８とにおいてターボチャージャ１０の外部の冷却水循環通路である第２冷却水循環通路２９に接続されている。第２冷却水循環通路２９はポンプ３０を備える。コンプレッサハウジング側冷却水通路２３と第２冷却水循環通路２９とは、環状の通路を構成し、冷却水を第２冷却水循環通路２９のポンプ３０により第２冷却水循環通路２９とコンプレッサハウジング側冷却水通路２３とに循環させてコンプレッサハウジング１２を冷却する水冷回路である。
【００２１】
ホイール室２２の周囲には、コンプレッサハウジング１２とセンタハウジング１１とにより区画され、ホイール室２２とコンプレッサ通路２５とに連通するディフューザ部２４が設けられている。ディフューザ部２４は、コンプレッサホイール２１から流入した空気を内部に流通させて空気の圧力を上昇させてコンプレッサ通路２５に流入させる通路をなす。ディフューザ部２４は、ホイール室２２の外周部から回転軸１３の径方向に同心円状に延在する。ディフューザ部２４は、入口３１と出口３２とを備える。図２に示すように、ディフューザ部２４は、コンプレッサハウジング１２側の壁部３３と、センタハウジング１１側の壁部３４により区画され、入口３１においてホイール室２２と連通し、出口３２においてコンプレッサ通路２５と連通している。コンプレッサハウジング１２側の壁部３３には凹部３５が形成され、センタハウジング１１側の壁部３４には凹部３６が形成されている。凹部３５、３６には、一対の円環板状の冷却部材３７が嵌め込まれている。
【００２２】
冷却部材３７は、複数のペルチェ素子を備える。ペルチェ素子は被冷却部とヒートシンク部の間に設けられており、ペルチェ素子に電流を流すと、被冷却部側で吸熱現象が生じ、ヒートシンク部側で発熱現象が生じる。即ち、ペルチェ素子は、電流を流すことで熱を吸熱側から発熱側へ輸送するものである。冷却部材３７は、通路側に被冷却部としての第１板部３８と、ハウジング側にヒートシンク部としての第２板部３９と、第１板部３８と第２板部３９との間に設けられる接合部４０とを備える。接合部４０には複数のペルチェ素子が組み込まれており、接合部４０のペルチェ素子に通電を可能とするように回路部４１が接続されている。冷却部材３７と回路部４１は、ターボチャージャ１０の冷却機構を構成する。なお、この実施形態では、第１板部３８は、ディフューザ部２４の内壁面を構成する。
【００２３】
回路部４１は、電源４２と、電源４２をオンオフするスイッチ４３と、スイッチ４３を制御する制御装置としてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４４とを備える。電源４２は、出力可変式の直流電源であり、出力電圧を無段階に切り替え可能である。ターボチャージャ１０の冷却機構は、ディフューザ部２４の内壁面の温度が所定温度よりも高くなると、ＥＣＵ４４により、回路部４１のスイッチ４３がオンにされて、第１板部３８と第２板部３９の間の接合部４０には電流が流され、冷却部材３７の第１板部３８が所定温度となるように制御される。ここで所定温度とは、ディフューザ部２４を流通する空気に含まれるオイル成分が炭化して第１板部３８に堆積するデポジットが堆積し始める温度より低い所定の温度である。回路部４１は、冷却部材３７の接合部４０のペルチェ素子に電流を流すことで、ペルチェ素子の第１板部３８側を吸熱させて第１板部３８を冷却して所定温度に維持し、ペルチェ素子の第２板部３９側を発熱させて第２板部３９を加熱する。加熱された第２板部３９は、ハウジングを介して放熱される。
【００２４】
以上の構成を有するターボチャージャ１０の作用について以下に説明する。
車両エンジンから排出された排気ガスは、ターボチャージャ１０のスクロール通路からタービン室に流入し、タービン室のタービンホイールに吹き付けられてタービンホイールを回転させる。タービンホイールの回転に伴い、タービンホイールと一体回転可能に取り付けられた回転軸１３が回転し、回転軸１３と一体回転可能に取り付けられたコンプレッサホイール２１が回転する。
【００２５】
コンプレッサホイール２１が回転すると、ターボチャージャ１０の外部にある車両エンジンのエアクリーナーからコンプレッサハウジング１２の吸入口２６を介してホイール室２２に吸入された空気の流速は、コンプレッサホイール２１の羽根２０により上昇する。空気は高速でディフューザ部２４の入口３１からディフューザ部２４に流入し、図２に矢で示すようにディフューザ部２４の内部を流れて圧縮される。空気はディフューザ部２４を流通するにつれて減速されて圧縮され、ディフューザ部２４の入口３１付近の空気と比較して、出口３２付近の空気は高温かつ高圧となる。
【００２６】
一方、ターボチャージャ１０が駆動されたとき、ディフューザ部２４の壁部３３、３４に設けられた凹部３５、３６の冷却部材３７は、回路部４１のＥＣＵ４４によりスイッチ４３がオンにされて接合部４０に電流が流される。冷却部材３７の第１板部３８は吸熱して冷却されて所定温度に維持され、第１板部３８と隣接するディフューザ部２４を流通する空気が冷却される。一方、第２板部３９は、熱が第１板部３８から第２板部３９へ移動することにより発熱し、第２板部３９は加熱され、第２板部３９と隣接するコンプレッサハウジング１２及びセンタハウジング１１が加熱されてコンプレッサハウジング１２及びセンタハウジング１１の温度が上昇する。
【００２７】
第２板部３９により温度が上昇したコンプレッサハウジング１２は、コンプレッサハウジング１２に設けられたコンプレッサハウジング側冷却水通路２３を流通する冷却水との熱交換により冷却される。冷却水は、熱交換により温度が上昇するが、ターボチャージャ１０の外部の第２冷却水循環通路２９を流通するときに外部の空気と熱交換して温度が下がり、再度、コンプレッサハウジング側冷却水通路２３を流通してコンプレッサハウジング１２を冷却するように、水冷回路を循環している。
【００２８】
同様に、第２板部３９により加熱されたセンタハウジング１１は、センタハウジング１１に設けられたセンタハウジング側冷却水通路１４との熱交換により冷却される。冷却水は、熱交換により温度が上昇するが、ターボチャージャ１０の外部の第１冷却水循環通路１７を流通するときに外部の空気と熱交換して温度が下がり、再度、センタハウジング側冷却水通路１４を流通してセンタハウジング１１を冷却するように、水冷回路を循環している。
【００２９】
ディフューザ部２４から流出した高温高圧の空気は、コンプレッサ通路２５を流通した後、車両エンジンのインタークーラで冷却されて燃焼室に過給される。
また、ターボチャージャ１０が停止されると、回路部４１のＥＣＵ４４によりスイッチ４３がオフにされて接合部４０に電流が流されていない状態となる。
【００３０】
本実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）ディフューザ部２４には複数のペルチェ素子を備えた冷却部材３７が設けられている。ターボチャージャ１０の冷却機構は、ペルチェ素子により構成された冷却部材３７と、回路部４１とからなる。冷却部材３７は、ディフューザ部２４のコンプレッサハウジング１２側の壁部３３に設けられた凹部３５と、ディフューザ部２４のセンタハウジング１１側の壁部３４に設けられた凹部３６とに設けられる。したがって、ターボチャージャ１０が駆動されると、回路部４１により冷却部材３７の接合部４０に電流が流されて、ディフューザ部２４の内壁面を構成する第１板部３８が冷却されて第１板部３８の温度が所定温度まで下げられる。よって、ディフューザ部２４の内壁面にディフューザ部２４を流通する空気のオイル成分が炭化したデポジットが堆積することが防止されている。
【００３１】
（２）ターボチャージャ１０のセンタハウジング１１及びコンプレッサハウジング１２は冷却水が流通する冷却水通路を備え、センタハウジング１１及びコンプレッサハウジング１２は冷却水との熱交換により冷却される。冷却水通路は、ターボチャージャ１０の外部の冷却水循環通路と連通され、冷却水通路と冷却水循環通路とは、冷却水が循環する環状の通路である水冷回路を構成する。したがって、冷却部材３７の第２板部３９が発熱してセンタハウジング１１及びコンプレッサハウジング１２の温度が上昇しても、センタハウジング１１及びコンプレッサハウジング１２と水冷回路の冷却水とが熱交換を行い、センタハウジング１１及びコンプレッサハウジング１２とが冷却される。熱交換を行う冷却水は、センタハウジング１１及びコンプレッサハウジング１２の温度を下げることができれば良く、冷却水の温度を相当程度まで低い温度にする必要がなく、冷却効率が良い。
【００３２】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。
【００３３】
○上記の実施形態では、ターボチャージャが駆動されると、回路部により冷却部材の接合部に電流を流して、第１板部を冷却して第１板部の温度を所定温度まで下げ、ターボチャージャが停止されると、接合部に電流を流さない状態としているが、この限りでない。ディフューザ部の内壁面である第１板部をデポジットが堆積しない所定温度まで下げることができれば良い。ディフューザ部を通過したディフューザの出口等の空気の温度を測定し、経験則により、第１板部の温度を推定し、第１板部が所定温度を超えたと判断した場合には、回路部により接合部に電流を流して、第１板部を冷却して第１板部の温度を所定温度まで下げても良い。
【００３４】
○上記の実施形態では、放熱機構を水冷回路としたが、この限りでない。センタハウジングおよびコンプレッサハウジングを冷却することができれば良く、センタハウジング及びコンプレッサハウジングに放熱フィンを設けて、センタハウジング及びコンプレッサハウジングの温度を下げても良い。
【００３５】
○上記の実施形態では、ディフューザ部の内壁面全体を冷却部材で構成したが、この限りでない。ディフューザ部のデポジットが堆積する箇所のみを冷却すれば良く、ディフューザ部の入口付近の内壁面がデポジットが堆積しない温度となる場合は、ディフューザ部の入口付近と比較して高温となる出口付近の内壁面のみに冷却部材を設けても良い。
【００３６】
○上記の実施形態では、冷却部材は、複数のペルチェ素子を備え、センタハウジングと及びコンプレッサハウジングの凹部に嵌め込まれた一対の円環板状としたが、この限りでない。冷却部材がディフューザ部の内壁面を構成すれば良く、センタハウジングの冷却部材を複数の冷却部材で構成し、同様に、コンプレッサハウジングの冷却部材を複数の冷却部材で構成しても良い。この場合は、例えば、ディフューザ部の入口付近と比較して高温となる出口付近に高効率の冷却部材を配置することができ、冷却効率を向上させることができる。
【００３７】
上記の実施形態では、冷却部材をコンプレッサハウジング側の凹部とセンタハウジング側の凹部とに設けたが、この限りではない。ディフューザ部を冷却することができれば良く、コンプレッサハウジング側の凹部とセンタハウジング側の凹部とのどちらか一方に冷却部材を設け、他方に、例えば、水冷回路や放熱フィンを設けてディフューザ部を冷却するように構成しても良い。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ターボチャージャ
１１  センタハウジング
１２  コンプレッサハウジング
１３  回転軸
１４  センタハウジング側冷却水通路（放熱機構としての）
１７  第１冷却水循環通路（放熱機構としての）
２１  コンプレッサホイール
２２  ホイール室
２３  コンプレッサハウジング側冷却水通路（放熱機構としての）
２４  ディフューザ部
２９  第２冷却水循環通路（放熱機構としての）
３７  冷却部材
Ｌ１  軸線
【図１】
2017203425.tif 000003
【図２】
2017203425.tif 000004