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特表2022-521262遠心式コンプレッサのコンプレッサハウジングおよび内燃機関にチャージ空気を供給する方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-06
(54)【発明の名称】遠心式コンプレッサのコンプレッサハウジングおよび内燃機関にチャージ空気を供給する方法
(51)【国際特許分類】
F02B 39/00 20060101AFI20220330BHJP
F02M 35/12 20060101ALI20220330BHJP
F04D 29/44 20060101ALI20220330BHJP
【ＦＩ】
F02B39/00 G
F02M35/12 H
F02B39/00 B
F04D29/44 Q
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021549150
(86)(22)【出願日】2020-02-20
(85)【翻訳文提出日】2021-08-19
(86)【国際出願番号】 EP2020054506
(87)【国際公開番号】W WO2020169745
(87)【国際公開日】2020-08-27
(31)【優先権主張番号】19158292.3
(32)【優先日】2019-02-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520512373
【氏名又は名称】エービービー スウィッツァーランド リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＢＢ Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ Ｌｔｄ
【住所又は居所原語表記】Ｂｒｕｇｇｅｒｓｔｒａｓｓｅ ７１ａ， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】クリストフ マテイ
(72)【発明者】
【氏名】ベアント アルビーツ
【テーマコード（参考）】
3G005
3H130
【Ｆターム（参考）】
3G005EA04
3G005EA16
3G005FA05
3G005GB02
3G005GB17
3G005GB32
3H130AA13
3H130AB27
3H130AB47
3H130AC14
3H130BA33A
3H130BA66A
3H130BA68A
3H130BA97A
3H130CA07
3H130CA21
3H130EA06A
3H130EA07A
3H130ED05A
(57)【要約】
本発明は、遠心式コンプレッサのコンプレッサハウジング（１０）に関する。コンプレッサハウジング（１０）は、半径方向内側に位置するハウジング領域（１０Ａ）を含んでおり、このハウジング領域（１０Ａ）は、遠心式コンプレッサ（２０）の吸込み領域において軸方向の流入通路（１１）を形成する。付加的にコンプレッサハウジング（１０）は、半径方向内側に位置するハウジング領域（１０Ａ）に接続するディフューザ領域（１０Ｂ）を含んでいる。このディフューザ領域（１０Ｂ）は、コンプレッサホイール（２１）の下流側の半径方向の流れを、流入通路（１１）の流入方向（１２）とは反対の軸方向に変向させるように形成されている。さらにコンプレッサハウジング（１０）は、ディフューザ領域（１０Ｂ）に接続する、半径方向外側に位置するハウジング領域（１０Ｃ）を含んでいる。このハウジング領域（１０Ｃ）は、流入方向（１２）に対して逆方向で軸方向に延びており、１つまたは複数のチャージ空気収集室（１３，１４）を提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
遠心式コンプレッサ（２０）のコンプレッサハウジング（１０）であって、半径方向内側に位置するハウジング領域（１０Ａ）であって、前記遠心式コンプレッサ（２０）の吸込み領域において軸方向の流入通路（１１）を形成する、ハウジング領域（１０Ａ）と、
半径方向内側に位置する前記ハウジング領域（１０Ａ）に接続するディフューザ領域（１０Ｂ）であって、コンプレッサホイール（２１）の下流側の半径方向の流れを、前記流入通路（１１）の流入方向（１２）とは反対の軸方向に変向させるように形成されている、ディフューザ領域（１０Ｂ）と、
前記ディフューザ領域（１０Ｂ）に接続する、半径方向外側に位置するハウジング領域（１０Ｃ）であって、前記流入方向（１２）に対して逆方向で軸方向に延びており、１つまたは複数のチャージ空気収集室（１３，１４）を提供する、ハウジング領域（１０Ｃ）と、
を含むコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項2】
半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）および前記ディフューザ領域（１０Ｂ）の少なくとも一方、特に両方が、冷媒にとって通流可能な中間室（１５）を形成するために、２つのシェルにより構成されている、請求項１記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項3】
半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）および前記ディフューザ領域（１０Ｂ）の少なくとも一方、特に両方が、内側シェル（１６）と、該内側シェルに対して間隔Ｄで離間している外側シェル（１７）とを含んでいる、請求項１または２記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項4】
１つまたは複数の前記チャージ空気収集室（１３，１４）内に、少なくとも１つのチャージ空気冷却器（１８）が提供されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項5】
１つまたは複数の前記チャージ空気収集室（１３，１４）が、前記チャージ空気冷却器の外側幾何学形状に適合している内側幾何学形状を有している、請求項４記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項6】
１つまたは複数の前記チャージ空気収集室（１３，１４）が、チャージ空気流出開口（１９）を含んでおり、該チャージ空気流出開口（１９）が、流出方向（２３）への前記チャージ空気の流出を提供するために形成されており、該流出方向（２３）が、前記流入方向（１２）に対して横方向、特に実質的に直角である、請求項１から５までのいずれか１項記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項7】
半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）が、第１のチャージ空気収集室（１３）および第２のチャージ空気収集室（１４）を含んでおり、該チャージ空気収集室（１３，１４）が、それぞれ前記ディフューザ領域（１０Ｂ）に接続されているので、これにより第１のチャージ空気ハウジング脚部（１０Ｃ１）および第２のチャージ空気ハウジング脚部（１０Ｃ２）が提供される、請求項１から６までのいずれか１項記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項8】
半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）が、前記流入方向（１２）に対して逆方向の軸方向の延在長さを有しており、該延在長さが、半径方向内側に位置する前記ハウジング領域（１０Ａ）の軸方向の延在長さよりも大きく、これにより半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）が、軸方向の中間室（２４）を少なくとも部分的に取り囲んでおり、前記軸方向の中間室（２４）は、吸込み側で吸音要素（２５）を収容するために、形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項9】
半径方向内側に位置する前記ハウジング領域（１０Ａ）が、吸込み側で、吸音要素（２５）を取り付けるための結合構造体（１２１）を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項10】
請求項１から９までのいずれか１項記載のコンプレッサハウジング（１０）を含む、遠心式コンプレッサ（２０）。
【請求項11】
吸音要素（２５）をさらに含み、該吸音要素（２５）が、半径方向内側に位置するハウジング領域（１０Ａ）に吸込み側で結合されており、半径方向外側に位置するハウジング領域（１０Ｃ）により少なくとも部分的に取り囲まれている、請求項１０記載の遠心式コンプレッサ（２０）。
【請求項12】
タービン（３１）および請求項１０または１１記載の遠心式コンプレッサ（２０）を含む、排ガスターボチャージャ（３０）。
【請求項13】
請求項１２に記載の排ガスターボチャージャ（３０）を備えた内燃機関であって、特に前記排ガスターボチャージャが、１つまたは複数の排ガス管路（３２）と、１つまたは複数のチャージ空気流出開口（１９）とを介して、鉛直方向または水平方向の配向で内燃機関に接続されている、内燃機関。
【請求項14】
内燃機関にチャージ空気を供給する方法であって、空気流を提供するために、コンプレッサハウジングの半径方向内側に位置するハウジング領域（１０Ａ）の軸方向の流入通路を通じて空気を吸い込むステップと、
前記コンプレッサハウジングのディフューザ領域（１０Ｂ）において前記空気流を変向させ、膨張させるステップであって、前記ディフューザ領域（１０Ｂ）が、コンプレッサホイール（２１）の下流側の半径方向の流れを、流入通路（１１）の流入方向（１２）とは反対の軸方向に変向させるように形成されている、ステップと、
前記ディフューザ領域（１０Ｂ）に接続する、半径方向外側に位置するハウジング領域（１０Ｃ）において前記空気流を冷却するステップであって、半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）が、前記流入方向（１２）に対して逆方向で軸方向に延びていて、１つまたは複数のチャージ空気収集室（１３，１４）を提供する、ステップと、
を含む方法。
【請求項15】
半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）および前記ディフューザ領域（１０Ｂ）の少なくとも一方、特に両方が、中間室（１５）を形成するために２つのシェルにより構成されており、前記空気流を冷却する前記ステップが、冷媒を備えた前記中間室（１５）の通流を含み、特に、１つまたは複数の前記チャージ空気収集室（１３，１４）内に、少なくとも１つのチャージ空気冷却器（１８）が提供されており、特に前記空気流を冷却する前記ステップを、少なくとも１つの前記チャージ空気冷却器により実施する、請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、過給される内燃機関用の排ガスターボチャージャの分野に関する。特に本発明は、遠心式コンプレッサのコンプレッサハウジングに関する。さらに、本発明は、このようなコンプレッサハウジングを備えた遠心式コンプレッサと、このような遠心式コンプレッサを備えた排ガスターボチャージャと、このような排ガスターボチャージャを備えた内燃機関とに関する。さらに、本発明は、特にコンプレッサハウジングにより、内燃機関にチャージ空気を供給する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関の出力向上のためには、今日では、内燃機関の排ガス系に設けられたタービンと、内燃機関に前置されたコンプレッサとを備えた排ガスターボチャージャが標準的に使用される。内燃機関の排ガスは、タービン内で膨張する。この場合に獲得される仕事量は、軸を介してコンプレッサに伝達される。コンプレッサは、内燃機関に供給される空気を圧縮する。内燃機関における燃焼プロセスに供給される空気を圧縮するために排ガスのエネルギを使用することにより、内燃機関の燃焼プロセスおよび効率を最適化することができる。
【0003】
コンプレッサホイールの下流側のチャージ圧をさらに高めるために、遠心式コンプレッサでは、コンプレッサハウジングのコンプレッサ流出通路が、通常は、周辺部において連続的に増大する横断面を備えた螺旋部の形で構成されている。この螺旋部は、次いで円錐ディフューザ内で終端する。
【0004】
先行技術から公知の螺旋形のコンプレッサハウジングでは、遠心式コンプレッサの効率損失につながる流れ損失が発生することが判った。さらに、従来のコンプレッサハウジングは一般的に、場合によっては設けられているチャージ空気冷却部がコンプレッサに後置されて、したがってコンプレッサハウジングの外側に別個に配置されているように、構成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の課題は、先行技術から公知の螺旋形のコンプレッサハウジングの複数の欠点のうちの少なくとも１つの欠点に関して改善されている、遠心式コンプレッサのコンプレッサハウジングを提供することである。特に、本発明の課題は、流れ損失を減じ、これにより遠心式コンプレッサの効率損失を最小限にすることができるコンプレッサハウジングを提供することである。本発明の別の課題は、チャージ空気冷却部の統合可能性に関して改善されている、コンプレッサハウジングを提供することである。さらに、内燃機関にチャージ空気を供給する改善された方法を提供するという別の課題がある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述の課題を解決するために、独立請求項に記載の遠心式コンプレッサのコンプレッサハウジングならびに内燃機関にチャージ空気を供給する方法が提供される。本発明の別の態様、利点および特徴は、従属請求項、明細書および添付された図面から明らかとなる。
【0007】
本発明の１つの態様によれば、遠心式コンプレッサのコンプレッサハウジングが提供される。コンプレッサハウジングは、半径方向内側に位置するハウジング領域を含んでおり、このハウジング領域は、遠心式コンプレッサの吸込み領域において軸方向の流入通路を形成する。付加的に、コンプレッサハウジングは、半径方向内側に位置するハウジング領域に接続するディフューザ領域を含んでいる。このディフューザ領域は、コンプレッサホイールの下流側の半径方向の流れを、流入通路の流入方向とは反対の軸方向に変向させるように形成されている。さらにコンプレッサハウジングは、ディフューザ領域に接続する、半径方向外側に位置するハウジング領域を含んでいる。このハウジング領域は、流入方向に対して逆方向で軸方向に延びており、１つまたは複数のチャージ空気収集室を提供する。
【0008】
したがって、有利には、先行技術に比べて改善されている、遠心式コンプレッサのコンプレッサハウジングが提供される。特に、本発明に係るコンプレッサハウジングにより、有利には流れ損失を減じることができ、これにより遠心式コンプレッサの効率損失を最小限にすることができる。さらに、本明細書に記載されたコンプレッサハウジングの構成は、チャージ空気冷却部の統合を可能にする。このことは、特に少ない空気接続部を備えたよりコンパクトな過給システムの実現を可能にするので、過給システムをよりコンパクトに、かつより簡単に構成することができる。
【0009】
本発明の別の１つの態様によれば、本明細書に記載された実施形態によるコンプレッサハウジングを備えた遠心式コンプレッサが提供される。
【0010】
本発明の別の１つの態様によれば、タービンおよび本明細書に記載された実施形態による遠心式コンプレッサを含む、排ガスターボチャージャが提供される。
【0011】
本発明の別の１つの態様によれば、本明細書に記載された実施形態による排ガスターボチャージャを備えた、内燃機関が提供される。特に、内燃機関は、本明細書に記載された実施形態による排ガスターボチャージャを含んでおり、この排ガスターボチャージャは、１つまたは複数の排ガス管路および１つまたは複数のチャージ空気流出開口を介して、鉛直方向または水平方向の配向で内燃機関に接続されている。
【0012】
したがって、本明細書に記載されたコンプレッサハウジングの使用により、遠心式コンプレッサ、遠心式コンプレッサを備えた排ガスターボチャージャおよび排ガスターボチャージャを備えた内燃機関に関連して、改善された遠心式コンプレッサ、改善された排ガスターボチャージャおよび改善された内燃機関を提供することができる。
【0013】
本発明の別の１つの態様によれば、内燃機関にチャージ空気を供給する方法が提供される。この方法は、空気流を提供するためにコンプレッサハウジングの半径方向内側に位置するハウジング領域の軸方向の流入通路を通じて空気を吸い込むステップを含んでいる。付加的には、方法は、コンプレッサハウジングのディフューザ領域において空気流を変向させ、膨張させるステップを含んでいる。ディフューザ領域は、コンプレッサホイールの下流側の半径方向の流れを、流入通路の流入方向とは反対の軸方向に変向させるように形成されている。さらに、方法は、ディフューザ領域に接続する、半径方向外側に位置するハウジング領域において空気流を冷却するステップを含んでおり、このハウジング領域は、流入方向に対して逆方向で軸方向に延びており、１つまたは複数のチャージ空気収集室を提供する。
【0014】
したがって、有利には、チャージ空気冷却をコンプレッサハウジング内で実施することができる、チャージ空気供給法が提供される。
【0015】
以下に本発明を、図面に図示した実施例に基づき説明する。実施例から、別の利点および変化形が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本明細書に記載された実施形態によるコンプレッサハウジングの概略的な断面図である。
【図2】本明細書に記載された実施形態によるコンプレッサハウジングの概略的な斜視図である。
【図3】本明細書に記載された実施形態による排ガスターボチャージャの概略的な斜視図である。
【図4】本明細書に記載された実施形態による、内燃機関にチャージ空気を供給する方法を可視化するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
図１を参照しながら、本開示による遠心式コンプレッサ２０のコンプレッサハウジング１０を説明する。本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態によれば、コンプレッサハウジング１０は、半径方向内側に位置するハウジング領域１０Ａを含んでいる。このハウジング領域１０Ａは、遠心式コンプレッサ２０の吸込み領域において軸方向の流入通路１１を形成する。さらに、コンプレッサハウジング１０は、半径方向内側に位置するハウジング領域１０Ａに接続するディフューザ領域１０Ｂを含んでいる。ディフューザ領域１０Ｂは、コンプレッサホイール２１の下流側の半径方向の流れを、流入通路１１の流入方向１２とは反対の軸方向に変向させるように形成されている。さらに、コンプレッサハウジング１０は、ディフューザ領域１０Ｂに接続する、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃを含んでいる。このハウジング領域１０Ｃは、流入方向１２に対して逆方向で軸方向に延びており、１つまたは複数のチャージ空気収集室１３，１４を提供する。
【0018】
したがって、有利には、先行技術から公知の螺旋形のコンプレッサハウジングに対して改善されている、遠心式コンプレッサのコンプレッサハウジングが提供される。特に、本明細書に記載された実施形態によるコンプレッサハウジングにより、有利には流れ損失が減少する。このことは、遠心式コンプレッサの効率に有利に作用する。換言すると、本明細書に記載されたコンプレッサハウジングは、遠心式コンプレッサの効率損失を最小限にすることができるという利点を有している。本明細書に記載されたコンプレッサハウジングの別の利点は、このコンプレッサハウジングの構成が、チャージ空気冷却部の統合のために適している点である。コンプレッサハウジングにチャージ空気冷却部を統合することは、よりコンパクトな過給システムの実現を可能にする。なぜならば、流れ通路を介してコンプレッサハウジングに接続される別個のチャージ空気冷却部を省略することができるからである。したがって、排ガスターボチャージャの複雑さも減じることができる。
【0019】
本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態によれば、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃおよびディフューザ領域１０Ｂの少なくとも一方が、２つのシェルにより構成されているので、例示的に図１に図示されているように、冷却媒体にとって通流可能な中間室１５が提供される。特に、典型的には半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃが、２つのシェルにより形成されている。ディフューザ領域１０Ｂは、部分的に２つのシェルにより構成されていてもよいし、または完全に２つのシェルにより構成されていてもよい。図１は、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃも、ディフューザ領域１０Ｂも、２つのシェルにより構成されている例示的な１つの実施形態を示している。ディフューザ領域１０Ｂの２つのシェルによる構成は、チャージ空気からできるだけ多くの熱を取り除くために特に有利である。
【0020】
典型的には、中間室１５は連続的に構成されているので、冷媒（たとえば、水）は、中間室１５全体を流れることができ、たとえば、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃの軸方向の一端部から、ディフューザ領域１０Ｂの、半径方向内側に位置する端部にまで流れることができる。したがって、１つまたは複数のチャージ空気収集室１３，１４は、チャージ空気を冷却するために冷媒ジャケットにより周囲を取り囲まれていてよい。さらに、中間室１５内には、冷媒の流れをガイドするためのガイド金属薄板が設けられていてよく、これによりできるだけ大きな熱量を導出するために、制御された冷媒流を実現することができる。このことは、システム全体の効率に有利に影響を与えることができる。
【0021】
コンプレッサハウジングに統合された冷却に基づいて、コンプレッサハウジングをアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成することができ、このことは、有利には著しい重量削減につながる。したがって、本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態によれば、コンプレッサハウジングの材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含んでいてよい。特に、コンプレッサハウジングは、アルミニウムまたはアルミニウム合金から成っていてよい。
【0022】
例示的に図１に図示されているように、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃおよびディフューザ領域１０Ｂの少なくとも一方が、内側シェル１６と、外側シェル１７とを含んでいてよい。典型的には、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃも、ディフューザ領域１０Ｂも、内側シェル１６および外側シェル１７を有している。外側シェル１７は、内側シェル１６に対して間隔Ｄで配置されている。安定性を高めるために、中間室１５内に、特に内側シェル１６と外側シェル１７との間に、支持要素（たとえば、ステー）が設けられていてよい。
【0023】
本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態によれば、例示的に図１に図示されているように、１つまたは複数のチャージ空気収集室１３，１４内に、少なくとも１つのチャージ空気冷却器１８が提供されている。
【0024】
これに関連して、少なくとも１つのチャージ空気冷却器が典型的には、全負荷点におけるチャージ空気を所望のレベルに下げるように冷却することができるように、寸法設計されている。
【0025】
本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態によれば、１つまたは複数のチャージ空気収集室１３，１４は、チャージ冷却器の外側幾何学形状に適合している内側幾何学形状を有している。これに関連して、１つまたは複数のチャージ空気収集室１３，１４の内側幾何学形状は、少なくとも、少なくとも１つのチャージ空気冷却器が配置されている領域において、チャージ空気冷却器の外側幾何学形状に適合していると理解することができる。
【0026】
たとえば、チャージ空気冷却器の外側幾何学形状は、直方体状に形成されていてよく、１つまたは複数のチャージ空気収集室の内側幾何学形状は、少なくとも、チャージ空気冷却器の領域において、チャージ空気冷却器の直方体状の外側幾何学形状に適合していてよい。原理的には、チャージ空気冷却器の別の適切な外側幾何学形状、ひいては１つまたは複数のチャージ空気収集室の、対応して適合された別の内側幾何学形状も可能である。
【0027】
本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態によれば、１つまたは複数のチャージ空気収集室１３，１４は、例示的に図１において図示されているように、それぞれ１つのチャージ空気流出開口１９を含んでいる。チャージ空気流出開口は、典型的には、流出方向２３へのチャージ空気の流出を提供するために形成されており、流出方向２３は、流入方向１２に対して横方向、特に実質的に直角である。
【0028】
本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態によれば、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃは、第１のチャージ空気収集室１３と、第２のチャージ空気収集室１４とを含んでいる。第１のチャージ空気収集室１３および第２のチャージ空気収集室１４は、それぞれディフューザ領域１０Ｂに接続されているので、例示的に図１および図２に図示されているように、第１のチャージ空気ハウジング脚部１０Ｃ１および第２のチャージ空気ハウジング脚部１０Ｃ２が提供される。
【0029】
典型的には、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃは、ディフューザ領域１０Ｂを起点として、チャージ空気流が連続的に膨張し、穏やかに変向されるように、構成されている。例示的に図１に図示されているように、チャージ空気流を、１つまたは複数の分岐部（たとえば第１のチャージ空気ハウジング脚部１０Ｃ１および第２のチャージ空気ハウジング脚部１０Ｃ２）に分割し、それぞれ１つのチャージ空気冷却器１８へとガイドすることができる。
【0030】
図１および図２には、それぞれ１つのチャージ空気流出開口１９が、第１のチャージ空気ハウジング脚部１０Ｃ１および第２のチャージ空気ハウジング脚部１０Ｃ２に配置されている例示的な１つの実施形態が図示されている。たとえば、第１のチャージ空気ハウジング脚部１０Ｃ１のチャージ空気流出開口は、第２のチャージ空気ハウジング脚部１０Ｃ２のチャージ空気流出開口に対して鏡像対称的に配置されていてよく、図１に図示された中心軸線は、対称軸線を形成する。典型的には、中心軸線２２は、コンプレッサホイール２１の回転軸線に一致する。
【0031】
本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態によれば、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃは、流入方向１２に対して逆方向の軸方向の延在長さを有している。この延在長さは、例示的に図１および図２に示されているように、半径方向内側に位置するハウジング領域１０Ａの軸方向の延在長さよりも大きい。したがって、コンプレッサハウジングは、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃが、軸方向の中間室２４を少なくとも部分的に取り囲んでいるように形成されている。
【0032】
図１および図２は、軸方向の中間室２４が、第１のチャージ空気ハウジング脚部１０Ｃ１と第２のチャージ空気ハウジング脚部１０Ｃ２との間に配置されている例示的な１つの実施形態を示している。典型的には、軸方向の中間室２４は、例示的に図１および図２に図示されているように、吸込み側で、吸音要素２５を収容するために形成されている。例示的に図１に図示されているように、半径方向内側に位置するハウジング領域１０Ａは、吸込み側で、典型的には、吸音要素２５を取り付けるための結合構造体１２１を有している。さらに、吸音要素２５は、例示的に図２に図示されているように、取付け要素２５１を介して、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃに取り付けられていてよい。
【0033】
換言すると、軸方向の中間室２４は、遠心式コンプレッサの流入通路１１への給気のために使用することができる。給気は、吸音構造体として、たとえば円筒形の吸音要素２５として構成されていてよい供給部を介して行うことができる。このような吸音性の吸込み区間は、有利には、遠心式コンプレッサの吸込み開口における音圧レベルの減少を達成するために使用することができる。これにより、より小さな吸音部を備えた消音器を使用することができ、この消音器は、圧力損失における利点を有している。したがって、このことは、損失をさらに減じ、ひいてはシステム効率を向上させる。
【0034】
本開示の別の１つの態様によれば、本明細書に記載された実施形態によるコンプレッサハウジング１０を備えた遠心式コンプレッサ２０が提供される。例示的に図１に図示されているように、遠心式コンプレッサは、吸音要素２５を含んでいてよく、この吸音要素２５は、半径方向内側に位置するハウジング領域１０Ａに吸込み側で結合されており、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃにより少なくとも部分的に取り囲まれている。
【0035】
図３は、本開示による排ガスターボチャージャ３０の概略的な斜視図を示している。排ガスターボチャージャ３０は、タービン３１と、本明細書に記載された実施形態による遠心式コンプレッサ２０とを含んでいる。
【0036】
本開示の別の１つの態様によれば、本明細書に記載された実施形態による排ガスターボチャージャを備えた内燃機関が提供される。特に、排ガスターボチャージャが、１つまたは複数の排ガス管路３２と、１つまたは複数のチャージ空気流出開口１９とを介して鉛直方向または垂直方向の配向で内燃機関に接続されている、内燃機関を提供することができる。これにより、シリンダヘッドにおける排ガス流出部と内燃機関の空気流入部との間のできるだけ直接的な接続を達成することができる。したがって、本明細書に記載された実施形態によるコンプレッサハウジングを備えた遠心式コンプレッサを含むターボチャージャの本明細書に記載された構成は、内燃機関に設けられたターボチャージャの極めてコンパクトな構造を可能にする。
【0037】
図４に図示されたフローチャートを参照しながら、本開示による内燃機関にチャージ空気を供給する方法４０を説明する。
【0038】
本明細書に記載された別の実施形態と組み合わせることができる１つの実施形態によれば、方法４０は、空気流を提供するために、コンプレッサハウジングの半径方向内側に位置するハウジング領域１０Ａの軸方向の流入通路１１を通じて空気を吸い込むステップを含んでいる（図４において例示的に方法ブロック４１により図示されている）。付加的に、方法４０は、コンプレッサハウジングのディフューザ領域１０Ｂにおいて空気流を変向させ、膨張させるステップを含んでいる。（図４において例示的に方法ブロック４２により図示されている）。ディフューザ領域１０Ｂは、図１から明らかであるように、コンプレッサホイール２１の下流側の半径方向の流れを、流入通路１１の流入方向１２とは反対の軸方向に変向させるように形成されている。さらに、方法は、ディフューザ領域１０Ｂに接続する、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃにおいて空気流を冷却するステップを含んでいる（図４において例示的に方法ブロック４３で図示されている）。半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃは、流入方向１２に対して逆方向で軸方向に延びており、１つまたは複数のチャージ空気収集室１３，１４を提供する。
【0039】
本明細書に記載されているように、半径方向外側に位置するハウジング領域１０Ｃおよびディフューザ領域１０Ｂの少なくとも一方、特に両方が、中間室１５を形成するために、２つのシェルにより構成されていてよい。したがって、空気流を冷却するステップは、冷媒を備えた中間室１５の通流を含んでいてよい。
【0040】
さらに、本明細書に記載されているように、１つまたは複数のチャージ空気収集室１３，１４内に、少なくとも１つのチャージ空気冷却器１８が提供されていてよい。したがって、空気流を冷却するステップを、付加的または代替的に、少なくとも１つのチャージ空気冷却器による空気流の冷却により実施することができる。
【0041】
これに関連して、本明細書に記載された、内燃機関にチャージ空気を供給する方法を、本明細書に記載されたコンプレッサハウジングを使用しながら、特に本明細書に記載された遠心式コンプレッサを使用しながら実施することができることを述べておく。
【0042】
本明細書に記載された実施形態から判るように、有利には、先行技術に対して改善されている、遠心式コンプレッサのコンプレッサハウジング、遠心式コンプレッサ、排ガスターボチャージャ、内燃機関および内燃機関にチャージ空気を供給する方法が提供される。
【0043】
特に、本発明に係るコンプレッサハウジングにより、有利には流れ損失を減じることができ、これにより遠心式コンプレッサの効率損失を最小限にすることができる。さらに、本明細書に記載されたコンプレッサハウジングの構成は、チャージ空気冷却部の統合を可能にする。このことは、特に少ない空気接続部を備えた、よりコンパクトな過給システムの実現を可能にし、これにより、過給システムをよりコンパクトに、かつより簡単に構成することができる。
【0044】
換言すると、本明細書に記載された実施形態では、遠心式コンプレッサの、先行技術から公知の螺旋形ハウジングが、コンプレッサハウジングの、本明細書に記載された構成により代替される。コンプレッサハウジングの本明細書に記載された実施形態は、有利には、コンプレッサハウジング内に統合されたチャージ空気冷却部を提供することができるように、構成されている。特に、本明細書に記載されたコンプレッサハウジングは、圧縮された空気を、螺旋部の介在なしに、かつ別の接続部なしに、（ディフューザに類似の構成を有する）コンプレッサハウジング内で直接に冷却し、チャージ空気冷却器へとガイドすることができる。コンプレッサハウジングの出口において、冷却されたチャージ空気を内燃機関のレシーバ（Receiver）に引き渡すことができる。
【符号の説明】
【0045】
１０ コンプレッサハウジング
１０Ａ 半径方向内側に位置するハウジング領域
１０Ｂ ディフューザ領域
１０Ｃ 半径方向外側に位置するハウジング領域
１０Ｃ１ 第１のチャージ空気ハウジング脚部
１０Ｃ２ 第２のチャージ空気ハウジング脚部
１１ 流入通路
１２ 流入方向
１２１ 吸音要素を取り付けるための、半径方向内側に位置するハウジング領域の結合構造体
１３ 第１のチャージ空気収集室
１４ 第２のチャージ空気収集室
１５ 中間室
１６ 内側シェル
１７ 外側シェル
１８ チャージ空気冷却器
１９ チャージ空気流出開口
２０ 遠心式コンプレッサ
２１ コンプレッサホイール
２２ 中心軸線
２３ チャージ空気の流出方向
２４ 軸方向の中間室
２５ 吸音要素
２５１ 半径方向外側に位置するハウジング領域に吸音要素を取り付けるための取付け要素
３０ 排ガスターボチャージャ
３１ タービン
３２ 排ガス管路
４０ 内燃機関にチャージ空気を供給する方法
４１ 「空気を吸い込むステップ」を表す方法ステップのブロック
４２ 「空気流を変向させ、膨張させるステップ」を表す方法ステップのブロック
４３ 「空気流を冷却するステップ」を表す方法ステップのブロック
Ｒ 半径方向
ｘ 軸方向
Ｄ 内側シェルと外側シェルとの間の間隔
１０Ａ 半径方向内側に位置するハウジング領域
１０Ｂ ディフューザ領域
１０Ｃ 半径方向外側に位置するハウジング領域
１０Ｃ１ 第１のチャージ空気ハウジング脚部
１０Ｃ２ 第２のチャージ空気ハウジング脚部
１１ 流入通路
１２ 流入方向
１２１ 吸音要素を取り付けるための、半径方向内側に位置するハウジング領域の結合構造体
１３ 第１のチャージ空気収集室
１４ 第２のチャージ空気収集室
１５ 中間室
１６ 内側シェル
１７ 外側シェル
１８ チャージ空気冷却器
１９ チャージ空気流出開口
２０ 遠心式コンプレッサ
２１ コンプレッサホイール
２２ 中心軸線
２３ チャージ空気の流出方向
２４ 軸方向の中間室
２５ 吸音要素
２５１ 半径方向外側に位置するハウジング領域に吸音要素を取り付けるための取付け要素
３０ 排ガスターボチャージャ
３１ タービン
３２ 排ガス管路
４０ 内燃機関にチャージ空気を供給する方法
４１ 「空気を吸い込むステップ」を表す方法ステップのブロック
４２ 「空気流を変向させ、膨張させるステップ」を表す方法ステップのブロック
４３ 「空気流を冷却するステップ」を表す方法ステップのブロック
Ｒ 半径方向
ｘ 軸方向
Ｄ 内側シェルと外側シェルとの間の間隔
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2021-08-23
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
遠心式コンプレッサ（２０）のコンプレッサハウジング（１０）であって、半径方向内側に位置するハウジング領域（１０Ａ）であって、前記遠心式コンプレッサ（２０）の吸込み領域において軸方向の流入通路（１１）を形成する、ハウジング領域（１０Ａ）と、
半径方向内側に位置する前記ハウジング領域（１０Ａ）に接続するディフューザ領域（１０Ｂ）であって、コンプレッサホイール（２１）の下流側の半径方向の流れを、前記流入通路（１１）の流入方向（１２）とは反対の軸方向に変向させるように形成されている、ディフューザ領域（１０Ｂ）と、
前記ディフューザ領域（１０Ｂ）に接続する、半径方向外側に位置するハウジング領域（１０Ｃ）であって、前記流入方向（１２）に対して逆方向で軸方向に延びており、１つまたは複数のチャージ空気収集室（１３，１４）を提供する、ハウジング領域（１０Ｃ）と、
を含むコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項2】
半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）および前記ディフューザ領域（１０Ｂ）の少なくとも一方が、冷媒にとって通流可能な中間室（１５）を形成するために、２つのシェルにより構成されている、請求項１記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項3】
半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）および前記ディフューザ領域（１０Ｂ）の少なくとも一方が、内側シェル（１６）と、該内側シェルに対して間隔Ｄで離間している外側シェル（１７）とを含んでいる、請求項１または２記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項4】
１つまたは複数の前記チャージ空気収集室（１３，１４）内に、少なくとも１つのチャージ空気冷却器（１８）が提供されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項5】
１つまたは複数の前記チャージ空気収集室（１３，１４）が、前記チャージ空気冷却器の外側幾何学形状に適合している内側幾何学形状を有している、請求項４記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項6】
１つまたは複数の前記チャージ空気収集室（１３，１４）が、チャージ空気流出開口（１９）を含んでおり、該チャージ空気流出開口（１９）が、流出方向（２３）への前記チャージ空気の流出を提供するために形成されており、該流出方向（２３）が、前記流入方向（１２）に対して横方向である、請求項１から５までのいずれか１項記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項7】
半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）が、第１のチャージ空気収集室（１３）および第２のチャージ空気収集室（１４）を含んでおり、該チャージ空気収集室（１３，１４）が、それぞれ前記ディフューザ領域（１０Ｂ）に接続されているので、これにより第１のチャージ空気ハウジング脚部（１０Ｃ１）および第２のチャージ空気ハウジング脚部（１０Ｃ２）が提供される、請求項１から６までのいずれか１項記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項8】
半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）が、前記流入方向（１２）に対して逆方向の軸方向の延在長さを有しており、該延在長さが、半径方向内側に位置する前記ハウジング領域（１０Ａ）の軸方向の延在長さよりも大きく、これにより半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）が、軸方向の中間室（２４）を少なくとも部分的に取り囲んでおり、前記軸方向の中間室（２４）は、吸込み側で吸音要素（２５）を収容するために、形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項9】
半径方向内側に位置する前記ハウジング領域（１０Ａ）が、吸込み側で、吸音要素（２５）を取り付けるための結合構造体（１２１）を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のコンプレッサハウジング（１０）。
【請求項10】
請求項１から９までのいずれか１項記載のコンプレッサハウジング（１０）を含む、遠心式コンプレッサ（２０）。
【請求項11】
吸音要素（２５）をさらに含み、該吸音要素（２５）が、半径方向内側に位置するハウジング領域（１０Ａ）に吸込み側で結合されており、半径方向外側に位置するハウジング領域（１０Ｃ）により少なくとも部分的に取り囲まれている、請求項１０記載の遠心式コンプレッサ（２０）。
【請求項12】
タービン（３１）および請求項１０または１１記載の遠心式コンプレッサ（２０）を含む、排ガスターボチャージャ（３０）。
【請求項13】
請求項１２に記載の排ガスターボチャージャ（３０）を備えた内燃機関であって、前記排ガスターボチャージャが、１つまたは複数の排ガス管路（３２）と、１つまたは複数のチャージ空気流出開口（１９）とを介して、鉛直方向または水平方向の配向で内燃機関に接続されている、内燃機関。
【請求項14】
内燃機関にチャージ空気を供給する方法であって、空気流を提供するために、コンプレッサハウジングの半径方向内側に位置するハウジング領域（１０Ａ）の軸方向の流入通路を通じて空気を吸い込むステップと、
前記コンプレッサハウジングのディフューザ領域（１０Ｂ）において前記空気流を変向させ、膨張させるステップであって、前記ディフューザ領域（１０Ｂ）が、コンプレッサホイール（２１）の下流側の半径方向の流れを、流入通路（１１）の流入方向（１２）とは反対の軸方向に変向させるように形成されている、ステップと、
前記ディフューザ領域（１０Ｂ）に接続する、半径方向外側に位置するハウジング領域（１０Ｃ）において前記空気流を冷却するステップであって、半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）が、前記流入方向（１２）に対して逆方向で軸方向に延びていて、１つまたは複数のチャージ空気収集室（１３，１４）を提供する、ステップと、
を含む方法。
【請求項15】
半径方向外側に位置する前記ハウジング領域（１０Ｃ）および前記ディフューザ領域（１０Ｂ）の少なくとも一方が、中間室（１５）を形成するために２つのシェルにより構成されており、前記空気流を冷却する前記ステップが、冷媒を備えた前記中間室（１５）の通流を含み、１つまたは複数の前記チャージ空気収集室（１３，１４）内に、少なくとも１つのチャージ空気冷却器（１８）が提供されており、前記空気流を冷却する前記ステップを、少なくとも１つの前記チャージ空気冷却器により実施する、請求項１４記載の方法。
【国際調査報告】