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JP7594042B2 - Compressor housing, compressor and turbocharger - Google Patents
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JP7594042B2 - Compressor housing, compressor and turbocharger - Google Patents

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Description

本開示は、コンプレッサインペラを収容するコンプレッサハウジング、該コンプレッサハウジングを備えるコンプレッサ及び過給機に関する。 This disclosure relates to a compressor housing that houses a compressor impeller, and a compressor and a turbocharger that include the compressor housing.

エンジンの起動時にはエンジンから過給機に流れる排ガスが少なく、また、過給機の回転体の慣性により、過給機が行う仕事が少なく、過給機からエンジンへ送られる圧縮空気の量が少ないため、エンジンから黒煙が排出されることがある。このような黒煙排出の抑制や、エンジン起動時の過給機の負荷応答性(増速性)の改善による過給機効率の改善のために、コンプレッサケーシングの空気案内筒に設けた噴射孔からコンプレッサインペラのインペラ翼に圧縮ガスを噴射する方法がある。 When the engine is started, there is little exhaust gas flowing from the engine to the turbocharger, and due to the inertia of the turbocharger's rotor, the turbocharger does little work, and the amount of compressed air sent from the turbocharger to the engine is small, which can result in black smoke being emitted from the engine. In order to reduce this type of black smoke emission and improve the turbocharger's load response (speed-up) at engine start-up and thereby improve turbocharger efficiency, there is a method of injecting compressed gas into the impeller blades of the compressor impeller from injection holes provided in the air guide tube of the compressor casing.

特許文献1には、エンジンの負荷を上昇させる際に、過給機におけるコンプレッサインペラの外周部全域に多数設けられた噴射孔からコンプレッサインペラのインペラ翼に向けて圧縮空気(圧縮ガス)を供給することで、目標とする過給空気圧を得ることが記載されている。 Patent document 1 describes how, when increasing the engine load, a target supercharged air pressure is obtained by supplying compressed air (compressed gas) to the impeller blades of the compressor impeller from a large number of injection holes provided around the entire outer periphery of the compressor impeller in the supercharger.

特開昭61-132721号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 132721/1986

特許文献1に記載の構成のように、コンプレッサインペラの出口近傍(コンプレッサインペラの外周部)に圧縮ガスを噴射する場合、エンジンの起動時等のエンジンの負荷が比較的小さい場合にはコンプレッサインペラの回転をアシストするための大きなモーメントが得られる。特許文献1に記載の構成に比べて、エンジン起動時の過給機の負荷応答性(増速性)の更なる改善が求められている。 When compressed gas is injected near the outlet of the compressor impeller (the outer periphery of the compressor impeller) as in the configuration described in Patent Document 1, a large moment is obtained to assist the rotation of the compressor impeller when the engine load is relatively small, such as when the engine is started. Compared to the configuration described in Patent Document 1, there is a demand for further improvement in the load responsiveness (speed increase) of the turbocharger when the engine is started.

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、コンプレッサインペラの回転を効果的に支援できるコンプレッサハウジング、該コンプレッサハウジングを備えるコンプレッサ及び過給機を提供することを目的とする。 In view of the above, at least one embodiment of the present disclosure aims to provide a compressor housing that can effectively support the rotation of a compressor impeller, and a compressor and a turbocharger that include the compressor housing.

本開示の少なくとも一実施形態に係るコンプレッサハウジングは、
ハブ及び該ハブの外表面に設けられた複数の翼を有するコンプレッサインペラを回転可能に収容するように構成されたコンプレッサハウジングであって、
前記複数の翼に対向するように凸状に湾曲するシュラウド面を有するシュラウド部と、
前記シュラウド部に設けられ、水又は水と空気の混合流体を前記コンプレッサインペラに向けて噴射するための少なくとも1つの噴射孔と、を備える。
A compressor housing according to at least one embodiment of the present disclosure includes:
A compressor housing configured to rotatably accommodate a compressor impeller having a hub and a plurality of vanes provided on an outer surface of the hub,
a shroud portion having a shroud surface that is convexly curved to face the plurality of blades;
At least one injection hole is provided in the shroud portion for injecting water or a mixture of water and air toward the compressor impeller.

本開示の少なくとも一実施形態に係るコンプレッサは、
前記コンプレッサハウジングと、前記コンプレッサインペラと、を備える。
In accordance with at least one embodiment of the present disclosure, a compressor includes:
The compressor housing and the compressor impeller are provided.

本開示の少なくとも一実施形態に係る過給機は、前記コンプレッサを備える。 A turbocharger according to at least one embodiment of the present disclosure includes the compressor.

本開示の少なくとも一実施形態によれば、コンプレッサインペラの回転を効果的に支援できるコンプレッサハウジング、該コンプレッサハウジングを備えるコンプレッサ及び過給機が提供される。 At least one embodiment of the present disclosure provides a compressor housing that can effectively support the rotation of a compressor impeller, and a compressor and a turbocharger that include the compressor housing.

本開示の一実施形態に係る過給機を搭載したエンジンシステムの構成を概略的に示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of an engine system equipped with a turbocharger according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の一実施形態に係る過給機の中心軸に沿った概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view taken along a central axis of a turbocharger according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態に係る過給機のコンプレッサ側の中心軸に沿った概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along a central axis of a compressor side of a turbocharger according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態における噴射孔の配置を説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an arrangement of injection holes in one embodiment of the present disclosure.

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Below, several embodiments of the present disclosure will be described with reference to the attached drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative positions, etc. of the components described as the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present disclosure and are merely illustrative examples.

(エンジンシステム)
図1は、本開示の一実施形態に係る過給機2を搭載したエンジンシステム1の構成を概略的に示す概略構成図である。本開示の幾つかの実施形態に係る過給機(ターボチャージャ)2は、図1に示されるような、エンジン11を備えるエンジンシステム1に搭載される。
(Engine System)
1 is a schematic diagram illustrating the configuration of an engine system 1 equipped with a turbocharger 2 according to an embodiment of the present disclosure. The turbocharger 2 according to some embodiments of the present disclosure is installed in the engine system 1 including an engine 11 as shown in FIG.

エンジンシステム1は、図1に示されるように、内部で燃料を燃焼させることで動力を発生させるように構成されたエンジン(エンジン本体)11と、エンジン11の内部での燃焼に供される燃焼用気体を圧縮して供給するための燃焼用気体供給ライン12と、燃焼用気体供給ライン12に設けられたコンプレッサ(遠心圧縮機)21を含む過給機2と、燃焼用気体供給ライン12のコンプレッサ21よりも下流側に設けられた冷却器(インタークーラ)13と、を備える。コンプレッサ21は、燃焼用気体を圧縮して昇圧させるように構成されている。冷却器13は、コンプレッサ21により昇温昇圧した燃焼用気体を冷却するように構成された熱交換器からなる。エンジン11の燃料としては、例えば、液化天然ガスなどのガス燃料や燃料油などの液体燃料が挙げられる。エンジン11の燃焼用気体としては、例えば、空気が挙げられる。 As shown in FIG. 1, the engine system 1 includes an engine (engine body) 11 configured to generate power by burning fuel inside, a combustion gas supply line 12 for compressing and supplying the combustion gas to be used for combustion inside the engine 11, a supercharger 2 including a compressor (centrifugal compressor) 21 provided on the combustion gas supply line 12, and a cooler (intercooler) 13 provided downstream of the compressor 21 on the combustion gas supply line 12. The compressor 21 is configured to compress and pressurize the combustion gas. The cooler 13 is a heat exchanger configured to cool the combustion gas heated and pressurized by the compressor 21. Examples of fuel for the engine 11 include gas fuels such as liquefied natural gas and liquid fuels such as fuel oil. Examples of the combustion gas for the engine 11 include air.

エンジン11は、少なくとも1つのシリンダ111と、少なくとも1つのシリンダ111に該シリンダ111の軸方向に沿って往復動可能に収容された少なくとも1つのピストン112と、を含む。エンジン11は、シリンダ111とピストン112により区画された燃焼室113を内部に有する。 The engine 11 includes at least one cylinder 111 and at least one piston 112 accommodated in the at least one cylinder 111 so as to be capable of reciprocating along the axial direction of the cylinder 111. The engine 11 has a combustion chamber 113 therein that is partitioned by the cylinder 111 and the piston 112.

燃焼用気体供給ライン12は、燃焼用気体をコンプレッサ21に導くための流路12Aと、コンプレッサ21から排出された燃焼用気体を冷却器13に導くための流路12Bと、冷却器13から排出された燃焼用気体を燃焼室113に導くための流路12Cと、を含む。流路12A、12B、12Cの各々は、例えば、配管によって形成される。燃焼室113は、燃焼用気体供給ライン12の冷却器13よりも下流側において流路12Cに接続され、燃焼用気体供給ライン12から燃焼用気体が流入するようになっている。 The combustion gas supply line 12 includes a flow path 12A for guiding the combustion gas to the compressor 21, a flow path 12B for guiding the combustion gas discharged from the compressor 21 to the cooler 13, and a flow path 12C for guiding the combustion gas discharged from the cooler 13 to the combustion chamber 113. Each of the flow paths 12A, 12B, and 12C is formed, for example, by piping. The combustion chamber 113 is connected to the flow path 12C downstream of the cooler 13 of the combustion gas supply line 12, and the combustion gas flows in from the combustion gas supply line 12.

エンジンシステム1は、図1に示されるように、エンジン11から排出された排ガスを導くための排ガスライン14と、エンジン11の内部に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁15と、をさらに備える。上述した過給機2は、排ガスライン14に設けられたタービン22をさらに含む。排ガスライン14は、燃焼室113から排出された排ガスをタービン22に導くための流路14Aを含む。流路14Aは、例えば、配管によって形成される。燃焼室113は、排ガスライン14の流路14Aに接続され、燃焼室113における燃焼により生じた排ガスを排ガスライン14に排出するようになっている。 As shown in FIG. 1, the engine system 1 further includes an exhaust gas line 14 for guiding exhaust gas discharged from the engine 11, and a fuel injection valve 15 configured to inject fuel into the engine 11. The turbocharger 2 described above further includes a turbine 22 provided in the exhaust gas line 14. The exhaust gas line 14 includes a flow path 14A for guiding exhaust gas discharged from the combustion chamber 113 to the turbine 22. The flow path 14A is formed by, for example, piping. The combustion chamber 113 is connected to the flow path 14A of the exhaust gas line 14, and exhausts exhaust gas generated by combustion in the combustion chamber 113 into the exhaust gas line 14.

燃料噴射弁15は、燃焼室113又はエンジン11の内部に形成された流路12Cの何れかに燃焼を噴射するようになっている。燃料噴射弁15から燃焼室113又は流路12Cに噴射された燃料は、流路12Cを通じて燃焼室113に送られる燃焼用気体に混合された後に、燃焼室113において燃焼する。燃焼室113における燃焼後の排ガスは、排ガスライン14を通り、エンジンシステム1の外部に排出される。 The fuel injection valve 15 is configured to inject fuel into either the combustion chamber 113 or the flow path 12C formed inside the engine 11. The fuel injected from the fuel injection valve 15 into the combustion chamber 113 or the flow path 12C is mixed with the combustion gas sent to the combustion chamber 113 through the flow path 12C, and then combusts in the combustion chamber 113. The exhaust gas after combustion in the combustion chamber 113 passes through the exhaust gas line 14 and is discharged to the outside of the engine system 1.

(過給機)
図2は、本開示の一実施形態に係る過給機2の中心軸CAに沿った概略断面図である。過給機2は、図1及び図2に示されるように、エンジン11に供給される燃焼用気体(例えば、空気)を圧縮する上述したコンプレッサ21と、エンジン11から排出された排ガスのエネルギにより駆動する上述したタービン22と、回転シャフト23とを含む。
(Turbocharger)
2 is a schematic cross-sectional view taken along a central axis CA of a turbocharger 2 according to an embodiment of the present disclosure. As shown in Fig. 1 and Fig. 2, the turbocharger 2 includes the above-mentioned compressor 21 that compresses a combustion gas (e.g., air) to be supplied to the engine 11, the above-mentioned turbine 22 that is driven by the energy of exhaust gas discharged from the engine 11, and a rotating shaft 23.

コンプレッサ21は、上述した燃焼用気体供給ライン12に設けられたコンプレッサインペラ3と、コンプレッサインペラ3を回転可能に収容するコンプレッサハウジング4と、を含む。タービン22は、上述した排ガスライン14に設けられたタービンホイール24と、タービンホイール24を回転可能に収容するタービンハウジング25と、を含む。コンプレッサインペラ3は、回転シャフト23の一方側に機械的に接続されており、タービンホイール24は、回転シャフト23の他方側に機械的に接続されている。 The compressor 21 includes a compressor impeller 3 provided in the combustion gas supply line 12 described above, and a compressor housing 4 that rotatably houses the compressor impeller 3. The turbine 22 includes a turbine wheel 24 provided in the exhaust gas line 14 described above, and a turbine housing 25 that rotatably houses the turbine wheel 24. The compressor impeller 3 is mechanically connected to one side of the rotating shaft 23, and the turbine wheel 24 is mechanically connected to the other side of the rotating shaft 23.

コンプレッサインペラ3を通過した燃焼用気体は、燃焼用気体供給ライン12を通じてエンジン11の燃焼室113に導かれ、燃料噴射弁15から噴射された燃料とともに燃焼室113における燃焼に供される。燃焼室113における燃焼により生じた排ガスは、排ガスライン14を通じてタービンホイール24に導かれる。過給機2は、エンジン11から排出された排ガスのエネルギにより、タービンホイール24を回転させるように構成されている。コンプレッサインペラ3は、回転シャフト23を介してタービンホイール24に機械的に連結されているため、タービンホイール24の回転に連動して回転する。過給機2は、コンプレッサインペラ3の回転により、コンプレッサインペラ3を通過する燃焼用気体を圧縮し、上記燃焼用気体の密度を高めてエンジン11に送るように構成されている。 The combustion gas that has passed through the compressor impeller 3 is led to the combustion chamber 113 of the engine 11 through the combustion gas supply line 12, and is used for combustion in the combustion chamber 113 together with fuel injected from the fuel injection valve 15. The exhaust gas generated by the combustion in the combustion chamber 113 is led to the turbine wheel 24 through the exhaust gas line 14. The supercharger 2 is configured to rotate the turbine wheel 24 by the energy of the exhaust gas discharged from the engine 11. The compressor impeller 3 is mechanically connected to the turbine wheel 24 via the rotating shaft 23, so it rotates in conjunction with the rotation of the turbine wheel 24. The supercharger 2 is configured to compress the combustion gas passing through the compressor impeller 3 by the rotation of the compressor impeller 3, increase the density of the combustion gas, and send it to the engine 11.

過給機2は、図2に示されるように、コンプレッサインペラ3とタービンホイール24との間において回転シャフト23を回転可能に支持する軸受26と、コンプレッサハウジング4とタービンハウジング25との間に配置され、軸受26を支持する軸受台27と、をさらに含む。 As shown in FIG. 2, the turbocharger 2 further includes a bearing 26 that rotatably supports the rotating shaft 23 between the compressor impeller 3 and the turbine wheel 24, and a bearing stand 27 that is disposed between the compressor housing 4 and the turbine housing 25 and supports the bearing 26.

コンプレッサハウジング4は、回転シャフト23の軸方向に沿って延在し、コンプレッサハウジング4に燃焼用気体を導くための気体導入流路41を形成する気体導入流路形成部42と、コンプレッサインペラ3の外周側に設けられ、回転シャフト23の周方向に沿って延在する渦巻状のスクロール流路43を形成するスクロール流路形成部44と、を有する。タービンハウジング25は、タービンホイール24の外周側に設けられ、回転シャフト23の周方向に沿って延在する渦巻状のスクロール流路251を形成するスクロール流路形成部252と、回転シャフト23の軸方向に沿って延在し、タービンホイール24を通過した排ガスを排出するための排ガス排出流路253を形成する排ガス排出流路形成部254と、を有する。 The compressor housing 4 has a gas introduction passage forming section 42 that extends along the axial direction of the rotating shaft 23 and forms a gas introduction passage 41 for guiding the combustion gas to the compressor housing 4, and a scroll passage forming section 44 that is provided on the outer periphery of the compressor impeller 3 and forms a spiral scroll passage 43 that extends along the circumferential direction of the rotating shaft 23. The turbine housing 25 has a scroll passage forming section 252 that is provided on the outer periphery of the turbine wheel 24 and forms a spiral scroll passage 251 that extends along the circumferential direction of the rotating shaft 23, and an exhaust gas exhaust passage forming section 254 that extends along the axial direction of the rotating shaft 23 and forms an exhaust gas exhaust passage 253 for exhausting the exhaust gas that has passed through the turbine wheel 24.

(コンプレッサ)
図3は、本開示の一実施形態に係る過給機2のコンプレッサ21側の中心軸CAに沿った概略断面図である。コンプレッサインペラ3は、図3に示されるように、回転シャフト23の上記一方側に取り付けられたハブ31と、ハブ31の外表面32に突出して設けられた複数の翼33と、を有する。ハブ31は、回転シャフト23の上記一方側に機械的に固定されているため、ハブ31や複数の翼33は、回転シャフト23と一体的に回転可能である。コンプレッサインペラ3は、コンプレッサインペラ3(過給機2)の中心軸CAが延在する方向である軸方向の一方側(図3中左側)から導入される燃焼用気体を過給機2の径方向における外側に導くように構成された遠心式のインペラからなる。図示される実施形態では、ハブ31の外表面32は、過給機2の軸方向における上記一方側から他方側(図3中右側)に向かうにつれて過給機2(回転シャフト23)の中心軸CAからの距離が大きくなる凹湾曲状に形成されている。
(Compressor)
3 is a schematic cross-sectional view along the central axis CA of the compressor 21 side of the turbocharger 2 according to an embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 3, the compressor impeller 3 has a hub 31 attached to the one side of the rotating shaft 23 and a plurality of blades 33 provided to protrude from an outer surface 32 of the hub 31. Since the hub 31 is mechanically fixed to the one side of the rotating shaft 23, the hub 31 and the plurality of blades 33 can rotate integrally with the rotating shaft 23. The compressor impeller 3 is a centrifugal impeller configured to guide the combustion gas introduced from one side (left side in FIG. 3) in the axial direction in which the central axis CA of the compressor impeller 3 (turbocharger 2) extends to the outside in the radial direction of the turbocharger 2. In the illustrated embodiment, the outer surface 32 of the hub 31 is formed in a concave curved shape in which the distance from the central axis CA of the turbocharger 2 (rotating shaft 23) increases as the axial direction of the turbocharger 2 moves from the one side to the other side (right side in FIG. 3).

コンプレッサハウジング4は、図3に示されるように、複数の翼33に隙間を介して対向するように凸状に湾曲するシュラウド面45を有するシュラウド部(空気案内筒)46をさらに有する。複数の翼33の各々は、翼33の前縁331の外周端から後縁の外周端までに亘り延在し、シュラウド面45に隙間を介して対向するチップ側縁34を有する。シュラウド面45及びチップ側縁34の各々は、過給機2の軸方向における上記一方側から上記他方側に向かうにつれて過給機2の中心軸CAからの距離が大きくなる湾曲状に形成されている。 As shown in FIG. 3, the compressor housing 4 further has a shroud portion (air guide tube) 46 having a shroud surface 45 that is convexly curved to face the plurality of blades 33 with a gap therebetween. Each of the plurality of blades 33 has a tip side edge 34 that extends from the outer circumferential end of the leading edge 331 of the blade 33 to the outer circumferential end of the trailing edge and faces the shroud surface 45 with a gap therebetween. Each of the shroud surface 45 and the tip side edge 34 is formed in a curved shape such that the distance from the central axis CA of the turbocharger 2 increases from the one side toward the other side in the axial direction of the turbocharger 2.

図示される実施形態では、シュラウド部46は、コンプレッサインペラ3を囲繞するように筒状に構成されている。シュラウド部46の内径及び外径は、コンプレッサインペラ3の前縁331よりも過給機2の軸方向における上記他方側では、上記他方側に向かうにつれて拡大する。 In the illustrated embodiment, the shroud portion 46 is configured in a cylindrical shape to surround the compressor impeller 3. The inner and outer diameters of the shroud portion 46 expand toward the other side in the axial direction of the turbocharger 2 from the leading edge 331 of the compressor impeller 3.

コンプレッサハウジング4は、図3に示されるように、上述したシュラウド部46に設けられ、水W又は水と空気の混合流体MFをコンプレッサインペラ3に向けて噴射するための少なくとも1つの噴射孔5を備える。上記少なくとも1つの噴射孔5の各々は、水W又は水と空気の混合流体MFをコンプレッサインペラ3の翼33の負圧面(翼面)330に向けて噴射するようになっている。上記少なくとも1つの噴射孔5の各々の中心軸線LAの延長線上に負圧面330が位置するようになっている。上記少なくとも1つの噴射孔5から噴射される水Wや混合流体MFが負圧面330に衝突することで、コンプレッサインペラ3の回転が支援されるようになっている。 As shown in FIG. 3, the compressor housing 4 is provided in the shroud portion 46 and has at least one injection hole 5 for injecting water W or a mixed fluid MF of water and air toward the compressor impeller 3. Each of the at least one injection hole 5 is configured to inject water W or a mixed fluid MF of water and air toward the negative pressure surface (blade surface) 330 of the blade 33 of the compressor impeller 3. The negative pressure surface 330 is located on an extension line of the central axis LA of each of the at least one injection hole 5. The water W or mixed fluid MF injected from the at least one injection hole 5 collides with the negative pressure surface 330, thereby supporting the rotation of the compressor impeller 3.

図示される実施形態では、シュラウド部46の外周面から内周面(シュラウド面45)に貫通する貫通孔461に筒状のノズル50が嵌入されている。筒状のノズル50の内面に上述した噴射孔5が形成されている。図3に示される実施形態では、貫通孔461は、シュラウド部46を直線状に貫通している。噴射孔5は、コンプレッサハウジング4の内部に形成されたコンプレッサインペラ3を収容する空間に連通している。 In the illustrated embodiment, a cylindrical nozzle 50 is fitted into a through hole 461 that penetrates from the outer peripheral surface of the shroud portion 46 to the inner peripheral surface (shroud surface 45). The above-mentioned injection hole 5 is formed on the inner surface of the cylindrical nozzle 50. In the embodiment shown in FIG. 3, the through hole 461 penetrates the shroud portion 46 in a straight line. The injection hole 5 is connected to a space formed inside the compressor housing 4 that houses the compressor impeller 3.

図示される実施形態では、シュラウド部46の外周面とスクロール流路形成部44との間に環状の空間47が形成されており、環状の空間47を流体導入ライン51が通るようになっている。ノズル50のコンプレッサインペラ3を収容する空間から離れた側の端部は、噴射孔5に噴射対象である水Wや混合流体MFを導くための流体導入ライン51の一端に接続され、流体導入ライン51から水Wや混合流体MFが噴射孔5に導かれるようになっている。なお、流体導入ライン51は、噴射孔5に水Wや混合流体MFを導くことができるようになっていればよく、上述した構成や後述した構成に限定されるものではない。 In the illustrated embodiment, an annular space 47 is formed between the outer peripheral surface of the shroud portion 46 and the scroll flow passage forming portion 44, and a fluid introduction line 51 passes through the annular space 47. The end of the nozzle 50 away from the space housing the compressor impeller 3 is connected to one end of a fluid introduction line 51 for guiding the water W or mixed fluid MF to be injected to the injection hole 5, and the water W or mixed fluid MF is guided from the fluid introduction line 51 to the injection hole 5. Note that the fluid introduction line 51 is not limited to the configuration described above or below as long as it is capable of guiding the water W or mixed fluid MF to the injection hole 5.

上記の構成によれば、水は、非圧縮性流体であり、チョーク流れが生じないため、該チョーク流れを防止するための流量制限を要しない。このため、上記少なくとも1つの噴射孔5から噴射される水Wや混合流体MFの流量を、空気を噴射する場合に比べて増量させることができる。コンプレッサインペラ3に向けて水Wや混合流体MFを噴射することで、空気を噴射する場合に比べて、コンプレッサインペラ3の回転を効果的に支援でき、ひいてはエンジン11の回転に対するコンプレッサインペラ3の回転の追従性の向上が図れる。 According to the above configuration, water is an incompressible fluid and does not cause choked flow, so there is no need to restrict the flow rate to prevent the choked flow. Therefore, the flow rate of the water W or mixed fluid MF injected from the at least one injection hole 5 can be increased compared to when air is injected. By injecting the water W or mixed fluid MF toward the compressor impeller 3, the rotation of the compressor impeller 3 can be supported more effectively than when air is injected, and thus the rotation of the compressor impeller 3 can be improved to follow the rotation of the engine 11.

また、上記の構成によれば、上記少なくとも1つの噴射孔5から噴射される水により、コンプレッサインペラ3を通過する給気である燃焼用気体を冷却できるため、コンプレッサ21や該コンプレッサ21を備えるエンジンシステム1の効率向上が図れる。 In addition, with the above configuration, the water injected from at least one of the injection holes 5 can cool the combustion gas, which is the intake air passing through the compressor impeller 3, thereby improving the efficiency of the compressor 21 and the engine system 1 equipped with the compressor 21.

なお、本開示は、エンジン11が液体燃料により運転する場合やガス燃料により運転する場合の何れにも適用可能であるが、エンジン11の負荷変動が比較的大きいガス燃料により運転する場合に特に好適である。ガス燃料により運転するエンジン11としては、例えば、舶用の主機エンジンや陸上に設置される発電用のエンジン等が挙げられる。 The present disclosure is applicable to both cases where the engine 11 runs on liquid fuel and cases where it runs on gas fuel, but is particularly suitable for cases where the engine 11 runs on gas fuel, which has a relatively large load fluctuation. Examples of engines 11 that run on gas fuel include main engines for ships and power generation engines installed on land.

幾つかの実施形態では、図3に示されるように、上述した複数の噴射孔5の各々は、コンプレッサインペラ3の外周側に混合流体MF又は水Wを噴射するように構成されている。図3に示される実施形態では、コンプレッサインペラ3の径方向位置において、コンプレッサインペラ3の中心軸CAの位置を0%と定義し、ハブ31の最大外径の位置35を100%と定義する。上述した複数の噴射孔5の各々は、コンプレッサインペラ3の外周側、すなわち、コンプレッサインペラ3の50%以上100%以下の径方向位置において、中心軸線LAを延長した直線が負圧面(翼面)330と交わるようになっている。なお、中心軸線LAを延長した直線は、コンプレッサインペラ3の60%以上100%以下の径方向位置において負圧面330と交わるようになっていることが好ましい。 In some embodiments, as shown in FIG. 3, each of the above-mentioned multiple injection holes 5 is configured to inject the mixed fluid MF or water W to the outer periphery side of the compressor impeller 3. In the embodiment shown in FIG. 3, the position of the central axis CA of the compressor impeller 3 is defined as 0% in the radial position of the compressor impeller 3, and the position 35 of the maximum outer diameter of the hub 31 is defined as 100%. Each of the above-mentioned multiple injection holes 5 is configured so that a straight line extending from the central axis LA intersects with the negative pressure surface (blade surface) 330 on the outer periphery side of the compressor impeller 3, that is, at a radial position of 50% to 100% of the compressor impeller 3. It is preferable that the straight line extending from the central axis LA intersects with the negative pressure surface 330 at a radial position of 60% to 100% of the compressor impeller 3.

上記の構成によれば、コンプレッサインペラ3の外周側に混合流体MF又は水Wを噴射することで、コンプレッサインペラ3の内周側に混合流体MF又は水Wを噴射する場合に比べて、混合流体MF又は水Wの衝突によりコンプレッサインペラ3に作用するトルクを大きくでき、コンプレッサインペラ3の回転を効果的に支援できる。 According to the above configuration, by injecting the mixed fluid MF or water W onto the outer periphery of the compressor impeller 3, the torque acting on the compressor impeller 3 due to the collision of the mixed fluid MF or water W can be increased compared to when the mixed fluid MF or water W is injected onto the inner periphery of the compressor impeller 3, and the rotation of the compressor impeller 3 can be effectively supported.

図4は、本開示の一実施形態における噴射孔5の配置を説明するための説明図である。図4には、コンプレッサインペラ3の軸方向における一方側から視た状態が概略的に示されている。図4における符号Rは、コンプレッサインペラ3の回転方向を示すものである。
幾つかの実施形態では、図4に示されるように、上述した複数の噴射孔5の各々は、コンプレッサインペラ3の回転方向Rに対する接線方向Tに沿って混合流体MF又は水Wを噴射するように構成されている。複数の噴射孔5の各々は、コンプレッサインペラ3の回転方向Rに対する接線方向Tのうち、コンプレッサインペラ3の回転方向Rの下流側に向かう方向に沿って混合流体MF又は水Wを噴射する。
Fig. 4 is an explanatory diagram for explaining the arrangement of the injection holes 5 in one embodiment of the present disclosure. Fig. 4 shows a schematic view of the compressor impeller 3 as viewed from one side in the axial direction. The symbol R in Fig. 4 indicates the rotation direction of the compressor impeller 3.
4, each of the above-mentioned multiple injection holes 5 is configured to inject the mixed fluid MF or water W along a tangential direction T with respect to the rotation direction R of the compressor impeller 3. Each of the multiple injection holes 5 injects the mixed fluid MF or water W along a direction toward the downstream side of the rotation direction R of the compressor impeller 3, among the tangential directions T with respect to the rotation direction R of the compressor impeller 3.

上記の構成によれば、コンプレッサインペラ3の回転方向Rに対する接線方向Tに沿って混合流体MF又は水Wを噴射することで、混合流体MF又は水Wの衝突力がコンプレッサインペラ3に効果的に作用するため、コンプレッサインペラ3の回転を効果的に支援できる。 According to the above configuration, by injecting the mixed fluid MF or water W along the tangential direction T relative to the rotation direction R of the compressor impeller 3, the collision force of the mixed fluid MF or water W acts effectively on the compressor impeller 3, thereby effectively supporting the rotation of the compressor impeller 3.

幾つかの実施形態では、上述した複数の噴射孔5は、図1及び図4に示されるように、水W又は混合流体MFのうち、水Wのみをコンプレッサインペラ3に噴射するように構成された少なくとも1つの水噴射孔6を含む。或る実施形態では、複数の噴射孔5の全てが水噴射孔6であってもよい。 In some embodiments, the above-mentioned multiple injection holes 5 include at least one water injection hole 6 configured to inject only water W, of the water W or the mixed fluid MF, into the compressor impeller 3, as shown in Figures 1 and 4. In some embodiments, all of the multiple injection holes 5 may be water injection holes 6.

上記の構成によれば、水Wは、非圧縮性流体であり、チョーク流れが生じないため、該チョーク流れを防止するための流量制限を要しない。コンプレッサインペラ3に向けて水Wを噴射することで、混合流体MFを噴射する場合に比べて、コンプレッサインペラ3の回転を効果的に支援できる。 According to the above configuration, the water W is an incompressible fluid and does not cause choked flow, so there is no need to restrict the flow rate to prevent the choked flow. By injecting the water W toward the compressor impeller 3, the rotation of the compressor impeller 3 can be more effectively supported than when the mixed fluid MF is injected.

幾つかの実施形態では、上述した複数の噴射孔5は、図1及び図4に示されるように、水W又は混合流体MFのうち、混合流体MFのみをコンプレッサインペラ3に噴射するように構成された少なくとも1つの混合流体噴射孔7を含む。或る実施形態では、複数の噴射孔5の全てが混合流体噴射孔7であってもよい。 In some embodiments, the above-mentioned multiple injection holes 5 include at least one mixed fluid injection hole 7 configured to inject only the mixed fluid MF, of the water W or the mixed fluid MF, into the compressor impeller 3, as shown in Figures 1 and 4. In some embodiments, all of the multiple injection holes 5 may be mixed fluid injection holes 7.

上記の構成によれば、コンプレッサインペラ3に向けて混合流体MFを噴射することで、該混合流体MFに含まれる水Wを比較的広範囲に拡散させることができるため、コンプレッサインペラ3を通過する給気を効果的に冷却できる。また、コンプレッサインペラ3に向けて混合流体MFを噴射する場合には、水Wを噴射する場合に比べて、ドレン量を低減できる。 According to the above configuration, by injecting the mixed fluid MF toward the compressor impeller 3, the water W contained in the mixed fluid MF can be diffused over a relatively wide area, so that the supply air passing through the compressor impeller 3 can be effectively cooled. In addition, when the mixed fluid MF is injected toward the compressor impeller 3, the amount of drainage can be reduced compared to when water W is injected.

幾つかの実施形態では、上述した少なくとも1つの噴射孔5は、図1及び図4に示されるように、コンプレッサインペラ3の周方向に間隔をあけて配置された複数の噴射孔5を含む。複数の噴射孔5は、水W又は混合流体MFのうち、水Wのみをコンプレッサインペラ3に噴射するように構成された少なくとも1つの水噴射孔6と、水W又は混合流体MFのうち、混合流体MFのみをコンプレッサインペラ3に噴射するように構成された少なくとも1つの混合流体噴射孔7と、を含む。 In some embodiments, the at least one injection hole 5 described above includes a plurality of injection holes 5 spaced apart in the circumferential direction of the compressor impeller 3, as shown in Figs. 1 and 4. The plurality of injection holes 5 includes at least one water injection hole 6 configured to inject only the water W of the water W or the mixed fluid MF into the compressor impeller 3, and at least one mixed fluid injection hole 7 configured to inject only the mixed fluid MF of the water W or the mixed fluid MF into the compressor impeller 3.

上記の構成によれば、水噴射孔6からコンプレッサインペラ3に向けて水Wを噴射することで、コンプレッサインペラ3の回転を効果的に支援できる。また、混合流体噴射孔7からコンプレッサインペラ3に向けて混合流体MFを噴射することで、コンプレッサインペラ3を通過する給気を効果的に冷却できる。 According to the above configuration, the rotation of the compressor impeller 3 can be effectively supported by injecting water W from the water injection holes 6 toward the compressor impeller 3. In addition, the supply air passing through the compressor impeller 3 can be effectively cooled by injecting the mixed fluid MF toward the compressor impeller 3 from the mixed fluid injection holes 7.

幾つかの実施形態では、図4に示されるように、上述した少なくとも1つの水噴射孔6は、第1の水噴射孔6Aと、第1の水噴射孔6Aに対してコンプレッサインペラ3の中心軸CAを挟んだ周方向の対向した位置に配置された第2の水噴射孔6Bと、を含む。上述した少なくとも1つの混合流体噴射孔7は、コンプレッサインペラ3の周方向における第1の水噴射孔6Aと第2の水噴射孔6Bの間に配置された第1の混合流体噴射孔7Aと、第1の混合流体噴射孔7Aに対してコンプレッサインペラ3の中心軸CAを挟んだ周方向の対向した位置に配置された第2の混合流体噴射孔7Bと、を含む。なお、図4に示される実施形態では、コンプレッサハウジング4は、2つの水噴射孔6A、6Bと2つの混合流体噴射孔7A、7Bを備えているが、コンプレッサハウジング4が備える水噴射孔6や混合流体噴射孔7の数はこれに限定されない。 In some embodiments, as shown in FIG. 4, the at least one water injection hole 6 includes a first water injection hole 6A and a second water injection hole 6B arranged at a circumferentially opposite position to the first water injection hole 6A across the central axis CA of the compressor impeller 3. The at least one mixed fluid injection hole 7 includes a first mixed fluid injection hole 7A arranged between the first water injection hole 6A and the second water injection hole 6B in the circumferential direction of the compressor impeller 3, and a second mixed fluid injection hole 7B arranged at a circumferentially opposite position to the first mixed fluid injection hole 7A across the central axis CA of the compressor impeller 3. In the embodiment shown in FIG. 4, the compressor housing 4 includes two water injection holes 6A, 6B and two mixed fluid injection holes 7A, 7B, but the number of water injection holes 6 and mixed fluid injection holes 7 provided in the compressor housing 4 is not limited to this.

図4に示されるように、コンプレッサインペラ3の軸方向における一方側から視た場合において、或る噴射孔5の中心軸線LAの周方向位置を0°と定義した場合において、上記中心軸CAを挟んだ周方向の対向した位置に配置されるとは、90°以上270°以下の周方向範囲内に配置されることを意味する。 As shown in FIG. 4, when viewed from one side in the axial direction of the compressor impeller 3, if the circumferential position of the central axis LA of a certain injection hole 5 is defined as 0°, being located at opposing circumferential positions across the central axis CA means being located within a circumferential range of 90° to 270°.

図4に示される実施形態では、コンプレッサインペラ3の軸方向における一方側から視た場合において、第1の水噴射孔6Aの中心軸線LAの周方向位置を0°と定義し、コンプレッサインペラ3の回転方向Rを正方向として周方向角度θを定義している。第2の水噴射孔6Bは、90°以上270°以下の周方向範囲内に配置される。第2の水噴射孔6Bは、120°以上240°以下の周方向範囲内に配置されることが好ましく、150°以上210°以下の周方向範囲内に配置されることがさらに好ましい。 In the embodiment shown in FIG. 4, when viewed from one side in the axial direction of the compressor impeller 3, the circumferential position of the central axis LA of the first water injection hole 6A is defined as 0°, and the circumferential angle θ is defined with the rotation direction R of the compressor impeller 3 as the positive direction. The second water injection hole 6B is arranged within a circumferential range of 90° to 270°. The second water injection hole 6B is preferably arranged within a circumferential range of 120° to 240°, and more preferably within a circumferential range of 150° to 210°.

第1の混合流体噴射孔7Aは、30°以上150°以下の周方向範囲内に配置されることが好ましく、60°以上120°以下の周方向範囲内に配置されることがさらに好ましい。第2の混合流体噴射孔7Bは、210°以上330°以下の周方向範囲内に配置されることが好ましく、240°以上300°以下の周方向範囲内に配置されることがさらに好ましい。 The first mixed fluid injection hole 7A is preferably arranged within a circumferential range of 30° to 150°, and more preferably within a circumferential range of 60° to 120°. The second mixed fluid injection hole 7B is preferably arranged within a circumferential range of 210° to 330°, and more preferably within a circumferential range of 240° to 300°.

上記の構成によれば、水噴射孔6A、6B及び混合流体噴射孔7A、7Bの夫々を周方向において比較的均等に配置することで、混合流体や水の衝突力がコンプレッサインペラ3の周方向における一部に偏って作用することを抑制できるため、上記衝突力によりコンプレッサインペラ3の回転を効果的に支援できる。 According to the above configuration, by arranging the water injection holes 6A, 6B and the mixed fluid injection holes 7A, 7B relatively evenly in the circumferential direction, it is possible to prevent the collision force of the mixed fluid or water from acting unevenly on a part of the circumferential direction of the compressor impeller 3, and the rotation of the compressor impeller 3 can be effectively supported by the collision force.

(水や混合流体の供給系統)
図1に示される実施形態では、流体導入ライン51の他端は、水Wの供給源としての水貯留タンク52に接続されている。水貯留タンク52は、例えば、常温(0℃~40℃)の水を貯留するようになっている。流体導入ライン51には、流体導入ライン51を流れる水Wを昇圧するためのポンプ53が設けられている。噴射孔5から噴射される水Wは、ポンプ53により昇圧されている。流体導入ライン51には、水貯留タンク52からの水Wの供給を制御するためのバルブを設けてもよい。
(Water and mixed fluid supply systems)
1, the other end of the fluid introduction line 51 is connected to a water storage tank 52 as a supply source of water W. The water storage tank 52 is configured to store water at room temperature (0°C to 40°C), for example. The fluid introduction line 51 is provided with a pump 53 for pressurizing the water W flowing through the fluid introduction line 51. The water W injected from the injection hole 5 is pressurized by the pump 53. The fluid introduction line 51 may be provided with a valve for controlling the supply of water W from the water storage tank 52.

流体導入ライン51は、ポンプ53よりも他端側に位置する分岐部P1において複数のライン51A、51Bに分岐している。分岐した複数のライン51A、51Bのうち、水噴射孔6に接続されたラインを水導入ライン51Aとし、混合流体噴射孔7に接続されたラインを混合流体導入ライン51Bとする。混合流体導入ライン51Bは、合流部P2において圧縮空気Aが流れる圧縮空気導入ライン54に合流するようになっている。 The fluid introduction line 51 branches into multiple lines 51A, 51B at a branching point P1 located on the other end side of the pump 53. Of the multiple branching lines 51A, 51B, the line connected to the water injection hole 6 is the water introduction line 51A, and the line connected to the mixed fluid injection hole 7 is the mixed fluid introduction line 51B. The mixed fluid introduction line 51B is adapted to merge with the compressed air introduction line 54, through which compressed air A flows, at a merging point P2.

水噴射孔6には、流体導入ライン51の分岐部P1よりもポンプ53側及び水導入ライン51Aを介して水Wが導入されるようになっている。混合流体噴射孔7には、流体導入ライン51の分岐部P1よりもポンプ53側、混合流体導入ライン51B及び圧縮空気導入ライン54を介して水W及び圧縮空気Aが混合した混合流体MFが導入されるようになっている。 Water W is introduced into the water injection hole 6 via the pump 53 side of the branching point P1 of the fluid introduction line 51 and the water introduction line 51A. A mixed fluid MF, which is a mixture of water W and compressed air A, is introduced into the mixed fluid injection hole 7 via the pump 53 side of the branching point P1 of the fluid introduction line 51, the mixed fluid introduction line 51B, and the compressed air introduction line 54.

なお、圧縮空気導入ライン54は、上流側が流路12Cに接続され、流路12Cを流れる空気の一部が圧縮空気導入ライン54に抜き出されるようになっていてもよい。この場合には、流路12Cを流れる空気は、コンプレッサ21において昇圧されているため、圧縮空気Aを混合流体噴射孔7に送るためのポンプが不要となる。また、水貯留タンク52は、エンジン11を冷却するためのエンジン冷却水を貯留するようになっていてもよく、流体導入ライン51は、水貯留タンク52からエンジン11にエンジン冷却水を導くための冷却水導入ライン55との間で、水貯留タンク52から分岐部P3までに亘りラインを共通するようになっていてもよい。 The compressed air introduction line 54 may be connected to the flow path 12C on the upstream side, and a portion of the air flowing through the flow path 12C may be drawn off to the compressed air introduction line 54. In this case, the air flowing through the flow path 12C is pressurized by the compressor 21, so that a pump for sending the compressed air A to the mixed fluid injection hole 7 is not required. The water storage tank 52 may be configured to store engine cooling water for cooling the engine 11, and the fluid introduction line 51 may share a line from the water storage tank 52 to the branch point P3 with the cooling water introduction line 55 for leading the engine cooling water from the water storage tank 52 to the engine 11.

(ドレン水の排出系統)
冷却器13には、燃焼用気体の凝縮により生じたドレン水を排出する機構が備えられており、噴射孔5から噴出された水Wが、コンプレッサインペラ3よりも下流側(エンジン11側)に流れた場合には、冷却器13において回収されるようになっている。
(Drain water discharge system)
The cooler 13 is equipped with a mechanism for discharging drain water generated by condensation of the combustion gas, and when the water W ejected from the injection hole 5 flows downstream of the compressor impeller 3 (towards the engine 11), it is recovered in the cooler 13.

コンプレッサハウジング4は、図3に示されるように、シュラウド部46の鉛直方向における下方側に、鉛直下方に向かって凹み水Wを貯留可能な凹部48が形成されていてもよい。凹部48には、凹部48から鉛直方向における下方側に向かってコンプレッサハウジング4の外面までに亘り延びる水排出孔49が形成されていてもよい。噴射孔5から噴出された水Wは、コンプレッサインペラ3から落下して凹部48に溜まる。凹部48に溜まった水Wは、水排出孔49を介してコンプレッサハウジング4の外部に排出される。 As shown in FIG. 3, the compressor housing 4 may have a recess 48 formed vertically downward on the vertical lower side of the shroud portion 46, capable of storing water W. The recess 48 may have a water discharge hole 49 formed therein, extending vertically downward from the recess 48 to the outer surface of the compressor housing 4. The water W ejected from the injection hole 5 falls from the compressor impeller 3 and accumulates in the recess 48. The water W accumulated in the recess 48 is discharged to the outside of the compressor housing 4 via the water discharge hole 49.

幾つかの実施形態に係る過給機2は、図1に示されるように、上述したコンプレッサインペラ3及びコンプレッサハウジング4を備えるコンプレッサ21を備える。 As shown in FIG. 1, the turbocharger 2 according to some embodiments includes a compressor 21 having the compressor impeller 3 and compressor housing 4 described above.

上記の構成によれば、コンプレッサインペラ3に向けて水Wや混合流体MFを噴射することで、コンプレッサインペラ3の回転を効果的に支援できるため、コンプレッサ21の効率向上が図れる。また、コンプレッサインペラ3に向けて噴射される水Wにより、コンプレッサインペラ3を通過する給気を冷却できるため、コンプレッサ21の効率向上が図れる。コンプレッサ21の効率向上を図ることで、過給機2の効率向上が図れる。 According to the above configuration, by injecting water W or mixed fluid MF toward the compressor impeller 3, the rotation of the compressor impeller 3 can be effectively supported, thereby improving the efficiency of the compressor 21. In addition, the water W injected toward the compressor impeller 3 can cool the supply air passing through the compressor impeller 3, thereby improving the efficiency of the compressor 21. By improving the efficiency of the compressor 21, the efficiency of the turbocharger 2 can be improved.

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
In this specification, expressions expressing relative or absolute configuration, such as "in a certain direction,""along a certain direction,""parallel,""orthogonal,""center,""concentric," or "coaxial," do not only strictly express such a configuration, but also express a state in which there is a relative displacement with a tolerance or an angle or distance to the extent that the same function is obtained.
For example, expressions indicating that things are in an equal state, such as "identical,""equal," and "homogeneous," not only indicate a state of strict equality, but also indicate a state in which there is a tolerance or a difference to the extent that the same function is obtained.
Furthermore, in this specification, expressions describing shapes such as a rectangular shape or a cylindrical shape do not only refer to shapes such as a rectangular shape or a cylindrical shape in the strict geometric sense, but also refer to shapes that include uneven portions, chamfered portions, etc., to the extent that the same effect is obtained.
In addition, in this specification, the expressions "comprise,""include," or "have" a certain element are not exclusive expressions that exclude the presence of other elements.

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, but also includes variations of the above-described embodiments and appropriate combinations of these embodiments.

上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。 The contents described in the above-mentioned embodiments can be understood, for example, as follows:

1)本開示の少なくとも一実施形態に係るコンプレッサハウジング(4)は、
ハブ(31)及び該ハブ(31)の外表面(32)に設けられた複数の翼(33)を有するコンプレッサインペラ(3)を回転可能に収容するように構成されたコンプレッサハウジング(4)であって、
前記複数の翼(4)に対向するように凸状に湾曲するシュラウド面(45)を有するシュラウド部(46)と、
前記シュラウド部(46)に設けられ、水又は水と空気の混合流体を前記コンプレッサインペラ(3)に向けて噴射するための少なくとも1つの噴射孔(5)と、を備える。
1) A compressor housing (4) according to at least one embodiment of the present disclosure comprises:
A compressor housing (4) configured to rotatably accommodate a compressor impeller (3) having a hub (31) and a plurality of vanes (33) provided on an outer surface (32) of the hub (31),
a shroud portion (46) having a shroud surface (45) curved convexly to face the plurality of blades (4);
and at least one injection hole (5) provided in the shroud portion (46) for injecting water or a mixture of water and air toward the compressor impeller (3).

上記1)の構成によれば、水は空気よりも密度が大きいため、コンプレッサインペラ(3)を回転させるために要するエネルギが空気よりも小さくなる。また、水は、非圧縮性流体であり、チョーク流れが生じないため、該チョーク流れを防止するための流量制限を要しない。このため、上記少なくとも1つの噴射孔(5)から噴射される水や混合流体の流量を、空気を噴射する場合に比べて増量させることができる。コンプレッサインペラ(3)に向けて水や混合流体を噴射することで、空気を噴射する場合に比べて、コンプレッサインペラ(3)の回転を効果的に支援でき、ひいてはエンジン(11)の回転に対するコンプレッサインペラ(3)の回転の追従性の向上が図れる。 According to the configuration of 1) above, since water has a higher density than air, the energy required to rotate the compressor impeller (3) is less than that of air. In addition, since water is an incompressible fluid and does not cause choked flow, there is no need to restrict the flow rate to prevent the choked flow. Therefore, the flow rate of the water or mixed fluid injected from the at least one injection hole (5) can be increased compared to the case where air is injected. By injecting water or mixed fluid toward the compressor impeller (3), the rotation of the compressor impeller (3) can be more effectively supported than when air is injected, and thus the rotation of the compressor impeller (3) can be improved to follow the rotation of the engine (11).

また、上記1)の構成によれば、上記少なくとも1つの噴射孔(5)から噴射される水により、コンプレッサインペラ(3)を通過する給気を冷却できるため、コンプレッサ(21)や該コンプレッサ(21)を備えるエンジンシステム(1)の効率向上が図れる¥きる。 In addition, according to the configuration of 1) above, the water injected from the at least one injection hole (5) can cool the intake air passing through the compressor impeller (3), thereby improving the efficiency of the compressor (21) and the engine system (1) equipped with the compressor (21).

2)幾つかの実施形態では、上記1)に記載のコンプレッサハウジング(4)であって、
前記少なくとも1つの噴射孔(5)は、前記コンプレッサインペラ(3)の外周側に前記混合流体又は前記水を噴射するように構成された。
2) In some embodiments, the compressor housing (4) according to 1) above,
The at least one injection hole (5) is configured to inject the mixed fluid or the water onto the outer circumferential side of the compressor impeller (3).

上記2)の構成によれば、コンプレッサインペラ(3)の外周側に混合流体又は水を噴射することで、コンプレッサインペラ(3)の内周側に混合流体又は水を噴射する場合に比べて、混合流体又は水の衝突によりコンプレッサインペラ(3)に作用するトルクを大きくでき、コンプレッサインペラ(3)の回転を効果的に支援できる。 According to the configuration of 2) above, by injecting the mixed fluid or water onto the outer periphery of the compressor impeller (3), the torque acting on the compressor impeller (3) due to the collision of the mixed fluid or water can be increased compared to when the mixed fluid or water is injected onto the inner periphery of the compressor impeller (3), and the rotation of the compressor impeller (3) can be effectively supported.

3)幾つかの実施形態では、上記1)又は2)に記載のコンプレッサハウジング(4)であって、
前記少なくとも1つの噴射孔(5)は、前記コンプレッサインペラ(3)の回転方向(R)に対する接線方向(T)に沿って前記混合流体又は前記水を噴射するように構成された。
3) In some embodiments, the compressor housing (4) according to 1) or 2) above,
The at least one injection hole (5) is configured to inject the mixed fluid or the water along a tangential direction (T) relative to a rotation direction (R) of the compressor impeller (3).

上記3)の構成によれば、コンプレッサインペラ(3)の回転方向(R)に対する接線方向(T)に沿って混合流体又は水を噴射することで、混合流体又は水の衝突力がコンプレッサインペラ(3)に効果的に作用するため、コンプレッサインペラ(3)の回転を効果的に支援できる。 According to the configuration of 3) above, by injecting the mixed fluid or water along the tangential direction (T) relative to the rotation direction (R) of the compressor impeller (3), the collision force of the mixed fluid or water acts effectively on the compressor impeller (3), thereby effectively supporting the rotation of the compressor impeller (3).

4)幾つかの実施形態では、上記1)から3)までの何れかに記載のコンプレッサハウジング(4)であって、
前記少なくとも1つの噴射孔(5)は、前記水又は前記混合流体のうち、前記水のみを前記コンプレッサインペラ(3)に噴射するように構成された少なくとも1つの水噴射孔(6)を含む。
4) In some embodiments, the compressor housing (4) according to any one of 1) to 3) above,
The at least one injection hole (5) includes at least one water injection hole (6) configured to inject only the water of the water or the mixed fluid into the compressor impeller (3).

上記4)の構成によれば、水は混合流体よりも密度が大きいため、コンプレッサインペラ(3)を回転させるために要するエネルギが小さくなる。コンプレッサインペラ(3)に向けて水を噴射することで、混合流体を噴射する場合に比べて、コンプレッサインペラ(3)の回転を効果的に支援できる。 According to the configuration of 4) above, since water has a higher density than the mixed fluid, less energy is required to rotate the compressor impeller (3). By injecting water toward the compressor impeller (3), the rotation of the compressor impeller (3) can be more effectively supported than in the case of injecting a mixed fluid.

5)幾つかの実施形態では、上記1)から3)までの何れかに記載のコンプレッサハウジング(4)であって、
前記少なくとも1つの噴射孔(5)は、前記水又は前記混合流体のうち、前記混合流体のみを前記コンプレッサインペラ(3)に噴射するように構成された少なくとも1つの混合流体噴射孔(7)を含む。
5) In some embodiments, the compressor housing (4) according to any one of 1) to 3) above,
The at least one injection hole (5) includes at least one mixed fluid injection hole (7) configured to inject only the mixed fluid, of the water or the mixed fluid, into the compressor impeller (3).

上記5)の構成によれば、コンプレッサインペラ(3)に向けて混合流体を噴射することで、該混合流体に含まれる水を比較的広範囲に拡散させることができるため、コンプレッサインペラ(3)を通過する給気を効果的に冷却できる。また、コンプレッサインペラ(3)に向けて混合流体を噴射する場合には、水を噴射する場合に比べて、ドレン量を低減できる。 According to the configuration of 5) above, by injecting the mixed fluid toward the compressor impeller (3), the water contained in the mixed fluid can be dispersed over a relatively wide area, so that the supply air passing through the compressor impeller (3) can be effectively cooled. In addition, when the mixed fluid is injected toward the compressor impeller (3), the amount of drainage can be reduced compared to when water is injected.

6)幾つかの実施形態では、上記1)から3)までの何れかに記載のコンプレッサハウジング(4)であって、
前記少なくとも1つの噴射孔(5)は、前記コンプレッサインペラ(3)の周方向に間隔をあけて配置された複数の噴射孔(5)を含み、
前記複数の噴射孔(5)は、
前記水又は前記混合流体のうち、前記水のみを前記コンプレッサインペラ(3)に噴射するように構成された少なくとも1つの水噴射孔(6)と、
前記水又は前記混合流体のうち、前記混合流体のみを前記コンプレッサインペラ(3)に噴射するように構成された少なくとも1つの混合流体噴射孔(7)と、を含む。
6) In some embodiments, the compressor housing (4) according to any one of 1) to 3) above,
The at least one injection hole (5) includes a plurality of injection holes (5) spaced apart in a circumferential direction of the compressor impeller (3),
The plurality of injection holes (5)
At least one water injection hole (6) configured to inject only the water of the water or the mixed fluid into the compressor impeller (3);
and at least one mixed fluid injection hole (7) configured to inject only the mixed fluid, out of the water or the mixed fluid, into the compressor impeller (3).

上記6)の構成によれば、水噴射孔(6)からコンプレッサインペラ(3)に向けて水を噴射することで、コンプレッサインペラ(3)の回転を効果的に支援できる。また、混合流体噴射孔(7)からコンプレッサインペラ(3)に向けて混合流体を噴射することで、コンプレッサインペラ(3)を通過する給気を効果的に冷却できる。 According to the configuration of 6) above, the rotation of the compressor impeller (3) can be effectively assisted by injecting water from the water injection holes (6) toward the compressor impeller (3). In addition, the supply air passing through the compressor impeller (3) can be effectively cooled by injecting the mixed fluid from the mixed fluid injection holes (7) toward the compressor impeller (3).

7)幾つかの実施形態では、上記6)に記載のコンプレッサハウジング(4)であって、
前記少なくとも1つの水噴射孔(6)は、
第1の水噴射孔(6A)と、
前記第1の水噴射孔(6A)に対して前記コンプレッサインペラ(3)の中心軸(CA)を挟んだ前記周方向の対向した位置に配置された第2の水噴射孔(6B)と、を含み、
前記少なくとも1つの混合流体噴射孔(7)は、
前記周方向における前記第1の水噴射孔(6A)と前記第2の水噴射孔(6B)の間に配置された第1の混合流体噴射孔(7A)と、
前記第1の混合流体噴射孔(7A)に対して前記コンプレッサインペラ(3)の前記中心軸(CA)を挟んだ前記周方向の対向した位置に配置された第2の混合流体噴射孔(7B)と、を含む。
7) In some embodiments, the compressor housing (4) according to 6) above,
The at least one water injection hole (6)
A first water injection hole (6A);
and a second water injection hole (6B) arranged at a position opposite to the first water injection hole (6A) in the circumferential direction across a central axis (CA) of the compressor impeller (3),
The at least one mixed fluid injection hole (7) is
a first mixed fluid injection hole (7A) arranged between the first water injection hole (6A) and the second water injection hole (6B) in the circumferential direction;
and a second mixed fluid injection hole (7B) arranged at a position opposite to the first mixed fluid injection hole (7A) in the circumferential direction across the central axis (CA) of the compressor impeller (3).

上記7)の構成によれば、水噴射孔(6A、6B)及び混合流体噴射孔(7A、7B)の夫々を周方向において比較的均等に配置することで、混合流体や水の衝突力がコンプレッサインペラ(3)の周方向における一部に偏って作用することを抑制できるため、上記衝突力によりコンプレッサインペラ(3)の回転を効果的に支援できる。 According to the configuration of 7) above, by arranging the water injection holes (6A, 6B) and the mixed fluid injection holes (7A, 7B) relatively evenly in the circumferential direction, it is possible to prevent the collision force of the mixed fluid or water from acting unevenly on a part of the circumferential direction of the compressor impeller (3), and the rotation of the compressor impeller (3) can be effectively supported by the collision force.

8)本開示の少なくとも一実施形態に係るコンプレッサ(21)は、
上記1)から7)までの何れかに記載のコンプレッサハウジング(4)と、
前記コンプレッサインペラ(3)と、を備える。
8) The compressor (21) according to at least one embodiment of the present disclosure comprises:
A compressor housing (4) according to any one of 1) to 7) above;
The compressor impeller (3).

上記8)の構成によれば、コンプレッサインペラ(3)に向けて水や混合流体を噴射することで、コンプレッサインペラ(3)の回転を効果的に支援できるため、コンプレッサ(21)の効率向上が図れる。また、コンプレッサインペラ(3)に向けて噴射される水により、コンプレッサインペラ(3)を通過する給気を冷却できるため、コンプレッサ(21)の効率向上が図れる。 According to the configuration of 8) above, the rotation of the compressor impeller (3) can be effectively assisted by injecting water or a mixed fluid toward the compressor impeller (3), thereby improving the efficiency of the compressor (21). In addition, the water injected toward the compressor impeller (3) can cool the supply air passing through the compressor impeller (3), thereby improving the efficiency of the compressor (21).

9)本開示の少なくとも一実施形態に係る過給機(2)は、
上記8)に記載のコンプレッサ(21)を備える。
9) The turbocharger (2) according to at least one embodiment of the present disclosure is
The compressor (21) described in 8) above is provided.

上記9)の構成によれば、コンプレッサ(21)の効率向上を図ることで、過給機(2)の効率向上が図れる。 According to the configuration of 9) above, the efficiency of the compressor (21) can be improved, thereby improving the efficiency of the turbocharger (2).

1 エンジンシステム
2 過給機
3 コンプレッサインペラ
4 コンプレッサハウジング
5 噴射孔
6,6A,6B 水噴射孔
7,7A,7B 混合流体噴射孔
11 エンジン
12 燃焼用気体供給ライン
13 冷却器
14 排ガスライン
15 燃料噴射弁
21 コンプレッサ
22 タービン
23 回転シャフト
24 タービンホイール
25 タービンハウジング
26 軸受
27 軸受台
31 ハブ
32 外表面
33 翼
34 チップ側縁
45 シュラウド面
46 シュラウド部
50 ノズル
51 流体導入ライン
51A 水導入ライン
51B 混合流体導入ライン
52 水貯留タンク
53 ポンプ
54 圧縮空気導入ライン
55 冷却水導入ライン
A 圧縮空気
CA 中心軸
LA 中心軸線
MF 混合流体
R 回転方向
W 水
1 Engine system 2 Turbocharger 3 Compressor impeller 4 Compressor housing 5 Injection holes 6, 6A, 6B Water injection holes 7, 7A, 7B Mixed fluid injection holes 11 Engine 12 Combustion gas supply line 13 Cooler 14 Exhaust gas line 15 Fuel injection valve 21 Compressor 22 Turbine 23 Rotating shaft 24 Turbine wheel 25 Turbine housing 26 Bearing 27 Bearing stand 31 Hub 32 Outer surface 33 Blade 34 Tip side edge 45 Shroud surface 46 Shroud portion 50 Nozzle 51 Fluid introduction line 51A Water introduction line 51B Mixed fluid introduction line 52 Water storage tank 53 Pump 54 Compressed air introduction line 55 Cooling water introduction line A Compressed air CA Central axis LA Central axis MF Mixed fluid R Rotation direction W Water

Claims (10)

ハブ及び該ハブの外表面に設けられた複数の翼を有するコンプレッサインペラを回転可能に収容するように構成されたコンプレッサハウジングであって、
前記複数の翼に対向するように凸状に湾曲するシュラウド面を有するシュラウド部と、
前記シュラウド部に設けられ、水又は水と空気の混合流体を前記コンプレッサインペラの外周側に向けて噴射するための少なくとも1つの噴射孔と、を備え、
前記コンプレッサインペラの径方向位置において、前記コンプレッサインペラの中心軸の位置を0%と定義し、前記ハブの最大外径の位置を100%と定義したときに、
前記少なくとも1つの噴射孔は、前記コンプレッサインペラの50%以上100%以下の径方向位置において、前記少なくとも1つの噴射孔の中心軸線の延長線と前記コンプレッサインペラの前記翼の負圧面とが交わるように構成された、
コンプレッサハウジング。
A compressor housing configured to rotatably accommodate a compressor impeller having a hub and a plurality of vanes provided on an outer surface of the hub,
a shroud portion having a shroud surface that is convexly curved to face the plurality of blades;
At least one injection hole provided in the shroud portion for injecting water or a mixed fluid of water and air toward an outer circumferential side of the compressor impeller,
In the radial position of the compressor impeller, when the position of the central axis of the compressor impeller is defined as 0% and the position of the maximum outer diameter of the hub is defined as 100%,
The at least one injection hole is configured so that an extension line of a central axis of the at least one injection hole intersects with a suction surface of the blade of the compressor impeller at a radial position of 50% or more and 100% or less of the compressor impeller.
Compressor housing.
前記少なくとも1つの噴射孔は、前記コンプレッサインペラの回転方向に対する接線方向に沿って前記混合流体又は前記水を噴射するように構成された、
請求項に記載のコンプレッサハウジング。
The at least one injection hole is configured to inject the mixed fluid or the water along a tangential direction to a rotation direction of the compressor impeller.
The compressor housing of claim 1 .
前記少なくとも1つの噴射孔は、前記水又は前記混合流体のうち、前記水のみを前記コンプレッサインペラに噴射するように構成された少なくとも1つの水噴射孔を含む、
請求項1又は2に記載のコンプレッサハウジング。
The at least one injection hole includes at least one water injection hole configured to inject only the water of the water or the mixed fluid into the compressor impeller.
A compressor housing according to claim 1 or 2 .
前記少なくとも1つの噴射孔は、前記水又は前記混合流体のうち、前記混合流体のみを前記コンプレッサインペラに噴射するように構成された少なくとも1つの混合流体噴射孔を含む、
請求項1又は2に記載のコンプレッサハウジング。
The at least one injection hole includes at least one mixed fluid injection hole configured to inject only the mixed fluid, of the water or the mixed fluid, into the compressor impeller.
A compressor housing according to claim 1 or 2 .
前記シュラウド部の鉛直方向における下方側に、鉛直下方に向かって凹む凹部を備え、
前記凹部には、前記凹部から前記鉛直方向における前記下方側に向かって前記コンプレッサハウジングの外面までに亘り延びる水排出孔が形成される、
請求項1又は2に記載のコンプレッサハウジング。
A recess is provided on a lower side of the shroud portion in the vertical direction, the recess being recessed vertically downward,
A water drain hole is formed in the recess, the water drain hole extending from the recess toward the downward side in the vertical direction to an outer surface of the compressor housing.
A compressor housing according to claim 1 or 2 .
ハブ及び該ハブの外表面に設けられた複数の翼を有するコンプレッサインペラを回転可能に収容するように構成されたコンプレッサハウジングであって、
前記複数の翼に対向するように凸状に湾曲するシュラウド面を有するシュラウド部と、
前記シュラウド部に設けられ、水又は水と空気の混合流体を前記コンプレッサインペラに向けて噴射するための少なくとも1つの噴射孔と、を備え、
前記少なくとも1つの噴射孔は、前記コンプレッサインペラの周方向に間隔をあけて配置された複数の噴射孔を含み、
前記複数の噴射孔は、
前記水又は前記混合流体のうち、前記水のみを前記コンプレッサインペラに噴射するように構成された少なくとも1つの水噴射孔と、
前記水又は前記混合流体のうち、前記混合流体のみを前記コンプレッサインペラに噴射するように構成された少なくとも1つの混合流体噴射孔と、を含む、
コンプレッサハウジング。
A compressor housing configured to rotatably accommodate a compressor impeller having a hub and a plurality of vanes provided on an outer surface of the hub,
a shroud portion having a shroud surface that is convexly curved to face the plurality of blades;
At least one injection hole provided in the shroud portion for injecting water or a mixture of water and air toward the compressor impeller,
The at least one injection hole includes a plurality of injection holes spaced apart in a circumferential direction of the compressor impeller,
The plurality of injection holes include
At least one water injection hole configured to inject only the water of the water or the mixed fluid into the compressor impeller;
At least one mixed fluid injection hole configured to inject only the mixed fluid of the water or the mixed fluid onto the compressor impeller.
Compressor housing.
前記少なくとも1つの水噴射孔は、
第1の水噴射孔と、
前記第1の水噴射孔に対して前記コンプレッサインペラの中心軸を挟んだ前記周方向の対向した位置に配置された第2の水噴射孔と、を含み、
前記少なくとも1つの混合流体噴射孔は、
前記周方向における前記第1の水噴射孔と前記第2の水噴射孔の間に配置された第1の混合流体噴射孔と、
前記第1の混合流体噴射孔に対して前記コンプレッサインペラの前記中心軸を挟んだ前記周方向の対向した位置に配置された第2の混合流体噴射孔と、を含む、
請求項に記載のコンプレッサハウジング。
The at least one water injection hole is
A first water injection hole;
a second water injection hole arranged at a position opposite to the first water injection hole in the circumferential direction across a central axis of the compressor impeller,
The at least one mixed fluid injection hole is
a first mixed fluid injection hole disposed between the first water injection hole and the second water injection hole in the circumferential direction;
a second mixed fluid injection hole disposed at a position facing the first mixed fluid injection hole in the circumferential direction across the central axis of the compressor impeller,
The compressor housing of claim 6 .
ハブ及び該ハブの外表面に設けられた複数の翼を有するコンプレッサインペラを回転可能に収容するように構成されたコンプレッサハウジングであって、
前記複数の翼に対向するように凸状に湾曲するシュラウド面を有するシュラウド部と、
前記シュラウド部に設けられ、水又は水と空気の混合流体を前記コンプレッサインペラに向けて噴射し、噴射された前記水又は前記混合流体が前記翼の負圧面に衝突することで、前記コンプレッサインペラの回転を支援するための少なくとも1つの噴射孔と、を備え、
前記シュラウド部の鉛直方向における下方側に、鉛直下方に向かって凹む凹部を備え、
前記凹部には、前記凹部から前記鉛直方向における前記下方側に向かって前記コンプレッサハウジングの外面までに亘り延びる水排出孔が形成される
ンプレッサハウジング。
A compressor housing configured to rotatably accommodate a compressor impeller having a hub and a plurality of vanes provided on an outer surface of the hub,
a shroud portion having a shroud surface that is convexly curved to face the plurality of blades;
at least one injection hole provided in the shroud portion for injecting water or a mixed fluid of water and air toward the compressor impeller, and supporting rotation of the compressor impeller by causing the injected water or the mixed fluid to collide with a negative pressure surface of the blade;
A recess is provided on a lower side of the shroud portion in the vertical direction, the recess being recessed vertically downward,
A water drain hole is formed in the recess, the water drain hole extending from the recess toward the downward side in the vertical direction to an outer surface of the compressor housing .
Compressor housing.
請求項1、2、6、7又は8の何れか1項に記載のコンプレッサハウジングと、
前記コンプレッサインペラと、を備える、
コンプレッサ。
A compressor housing according to any one of claims 1 , 2, 6, 7 and 8 ;
The compressor impeller,
Compressor.
請求項に記載のコンプレッサを備える過給機。

A turbocharger comprising the compressor according to claim 9 .

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