CN103270272B - 废气涡轮增压器的壳体构造 - Google Patents

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Abstract

一种废气涡轮增压器的壳体构造，具有机匣处理件(4)和混入管(6)，该机匣处理件具有再循环通道(41)，再循环通道(41)将形成在废气涡轮增压器的压缩机壳体(11)内且向压缩机叶轮(3)的上游的空气通道(15)开口的第一回流口(42)和形成在压缩机叶轮(3)的外周部位的第二回流口(43)连通；该混入管(6)具有与再循环通道(41)连通、使EGR气体和窜气流入再循环通道(41)的返回口(14)。

Description

废气涡轮增压器的壳体构造
技术领域
本发明涉及一种具有废气涡轮增压器的柴油发动机所用的进行废气再循环的废气涡轮增压器的壳体构造。
背景技术
汽车等的发动机中的氮氧化物(NOx)的排出限制正在严格起来。
柴油发动机(以下称为“发动机”)中，为了降低废气中的NOx，进行使一部分废气回流到发动机的废气再循环(以下称为“EGR”)，使EGR气体回流到低压力的涡轮增压器的压缩机叶轮的上游侧，以使在发动机的供气压力高时也能进行EGR。
另外，由于从发动机活塞与气缸之间流出的未燃烧气体(以下称为“窜气(日文：ブローバイガス)”)积存在曲柄室，因此为了防止曲柄室的压力上升，与EGR气体相同地使窜气回流到压缩机叶轮的上游侧。
图8是表示以往技术的将EGR气体导入压缩机叶轮的上游侧的空气通道内的一例的日本专利特开2010－77833号公报(专利文献1)。
图8中，从主进气通道011分离的副进气通道021，以沿着气液分离器06的第二圆筒部06ac的内周部的状态与第二圆筒部06ac连接。
因此，从副进气通道021流入气液分离器06的EGR气体沿气液分离器06的第二圆筒部06ac及第一圆筒部06ab的内周面流动，具有沿该内表面的回旋力。
具有该回旋力的EGR气体的流动，与从主进气通道011吸入的空气(外部空气)合流，给予空气回旋力，EGR气体及空气的混合气体产生沿第二圆筒部06ac及第一圆筒部06ab内周面的回旋流。
专利文献1：日本专利特开2010－77833号公报
发明所要解决的课题
但是，在专利文献1的技术中，由于混合气体被导入压缩机叶轮02c的上游侧的空气通道，因此，偏流的混合气体被吸入压缩机叶轮02c，成为混合气体的流通阻力变大、导致压缩机性能下降的主要原因。
发明内容
本发明是为解决上述那样的问题而做成的，其目的在于，通过形成于压缩机叶轮的外周部位的机匣处理件(日文：ケーシングトリートメント)的再循环通道，将EGR气体及窜气导入压缩机叶轮的上游侧的空气通道，由此减少EGR气体及窜气流入时与在空气通道内流动的主流(空气)的干涉，通过降低压力损失和抑制压缩机叶轮的上游的流速分布的畸变，来确保压缩机叶轮的高效化、EGR气体及窜气与主流(空气)的恰当混合。
用于解决课题的手段
为实现上述目的，本发明的废气涡轮增压器的内嵌压缩机叶轮的壳体构造中，具有：机匣处理件，该机匣处理件具有再循环通道，该再循环通道将向所述压缩机叶轮的上游的空气通道开口的第一回流口与形成于所述压缩机叶轮的外周部位的所述空气通道的第二回流口连通，该再循环通道在所述压缩机叶轮的外周部位向周向形成为环状，所述第一回流口和所述第二回流口形成在所述壳体内；
环状的腔室，该腔室形成在所述再循环通道的外周侧；
混入管，该混入管具有向所述腔室开口、使EGR气体和窜气的至少一方流入所述腔室的返回口；以及
连接所述腔室与所述再循环通道的连接通道。
利用这种结构，通过将再循环通道用作为腔室，来抑制EGR气体和窜气与在空气通道内流动的空气主流的干涉，获得流速分布的均匀化，获得压缩机的高效化。
此外，通过将再循环通道用作为腔室，能获得EGR气体和窜气的周向流出分布的均匀化，并且容易增加混入量。
当空气主流为小流量时(发动机为低、中输出功率时)，废气和窜气暂时储存在再循环通道内，由此能降低与空气通道内的空气主流的干涉所带来的压力损失。
另一方面，当空气主流为大流量时(发动机输出功率大时)，EGR气体和窜气可从第二回流口导入低压力的压缩机叶轮的内部，能实施有效的废气净化措施。
利用这种结构，通过连接机匣处理件和腔室，从而能获得EGR气体和窜气在周向的流出分布的均匀化，并且能增加混入量。
另外，本发明较佳的是，所述第一回流口的面对所述空气通道的开口向所述压缩机叶轮的前端缘倾斜。
利用这种结构，通过降低与在空气通道内流动的空气主流的干涉，降低压力损失和抑制压缩机叶轮的上游的流速分布的畸变，从而可使压缩机高效化。
另外，可在腔室内对废气和窜气所含的机油、煤等杂质进行分离、滞留，可防止压缩机叶轮的污损。
另外，本发明较佳的是，所述第一回流口和所述连接通道相对于所述空气通道配设成大致一直线状，以将EGR气体和窜气顺利地导入所述空气通道，而不沉淀在再循环通道内。
利用这种结构，通过将第一回流口和返回口或连接通道相对于空气通道配设成大致一直线状，从而在利用频度高的空气主流为小流量时(发动机输出功率小、中时)，腔室内及再循环通道内的废气和窜气的流动不易产生紊乱，因此，也能顺利地与主流空气混合合流，降低压力损失。
另外，本发明较佳的是，具有：第三回流口，该第三回流口与所述腔室连通，并且在所述第一回流口的所述空气通道的上游侧具有与所述第一回流口大致并排配设的开口，该开口向所述压缩机叶轮的前端缘倾斜。
利用这种结构，当空气主流为大流量时(发动机输出功率大时)，EGR气体和窜气可从第一及第三回流口导入到空气主流，还可从第二回流口导入到压缩机叶轮的低压力的内部，可导入适当的EGR气体量，可实施有效的废气净化措施。
发明的效果
通过将再循环通道用作为腔室，从而抑制EGR气体和窜气与在空气通道内流动的空气主流的干涉，获得流速分布的均匀化，获得压缩机的高效化。
此外，通过将再循环通道用作为腔室，从而可获得EGR气体和窜气的周向流出分布的均匀化，并且可增加导入量，可实施有效的NOx净化措施。
附图说明
图1表示本发明第一实施形态的废气涡轮增压器的压缩机叶轮的旋转轴心上半部的主要部分放大剖视图。
图2(A)表示本发明第一实施形态的主流为小流量时的再循环通道内气流的流动，图2(B)表示主流为大流量时的再循环通道内气流的流动。
图3是本发明第二实施形态的对应于图1的示图。
图4是本发明第三实施形态的对应于图1的示图。
图5是本发明第四实施形态的对应于图1的示图。
图6是本发明第五实施形态的对应于图1的示图。
图7是本发明第六实施形态的对应于图1的示图。
图8表示以往技术的废气再循环系统的结构主要部分的示图。
具体实施方式
下面，用图示的实施例来详细说明本发明。
但是，实施例所记载的结构零件的尺寸、材质、形状和其相对配置等只要不特别进行特定的记载，就不是将本发明的范围仅限定于此的含义，只不过是说明例而已。
(第一实施形态)
图1是本发明第一实施形态的废气涡轮增压器的压缩机叶轮的旋转轴心上半部的主要部分剖视图。
图1中，1是压缩机，如下构成。2是涡轮转子，一端侧固定有对进气进行压缩的压缩机叶轮3，另一端侧固定有由废气旋转驱动的涡轮叶轮(图示省略)。压缩机叶轮3和涡轮叶轮同轴地连接，以涡轮转子2的轴线L1为中心进行旋转。11是压缩机壳体，15是形成于压缩机壳体11内的压缩机叶轮3的空气入口侧的空气通道。
另外，16是形成于压缩机壳体11内的压缩机叶轮3的出口的喉部。
4是形成于压缩机壳体11内的压缩机叶轮3的外周部位的、形成有环状的再循环通道41的机匣处理件。43是连接再循环通道41和压缩机叶轮3的外周部位的空气通道的第二回流口，42是连接再循环通道41和压缩机叶轮3的入口的空气通道15的第一回流口。
第一回流口42及第二回流口43，最好从环状的再循环通道41沿圆周方向等间隔地设置多个或设成狭槽状。
5是环状的再循环通道形成部件，利用紧固构件装拆自如地安装在压缩机壳体11的压缩机1入口的空气通道15的外周部位前端面上。
由再循环通道形成部件5的内周面5b和压缩机壳体11的内周面41a形成再循环通道41的第一回流口42。
第一回流口42的废气混合气体的通道，由再循环通道形成部件5和压缩机壳体11的内周面41a形成。
并且，第一回流口42的开口以如下的状态倾斜：再循环通道形成部件5的内周面5b和压缩机壳体11的内周面41a一起面向压缩机叶轮3的前端缘。
再循环通道形成部件5的、面对压缩机1入口的空气通道15的面形成为直线状倾斜的外周导向面5a。
另外，在本实施形态中，将外周导向面5a做成直线状倾斜的形状，但若做成平滑的曲面形状，则空气通道15的气流能更顺利地流动。
如此，将再循环通道形成部件5的面对压缩机叶轮3的入口的空气通道15的面形成为可使进气顺利流动，由此能使压缩机叶轮3的入口的空气通道15的外周部位的流道阻力变小，能降低该部位的压力损失。
另外，在再循环通道41的外周部，在空气通道15的方向部位形成有由混入管6导入EGR气体及/或窜气(以下将EGR气体及或窜气称为“废气混合气体”)的返回口14。
由混入管6导入的废气混合气体在环状的再循环通道41内沿空气通道15的外周流动，遍布再循环通道41内的整个区域。
另外，返回口14最好沿环状的再循环通道41的圆周方向等间隔设置有多个。
在这种第一实施形态中，当压缩机叶轮3借助由未图示的涡轮旋转驱动的涡轮转子2而进行旋转时，压缩机叶轮3通过压缩机1入口的空气通道15而吸入空气并对其加压，加压空气经喉部16及涡旋部17而被送出到发动机。
图2(A)表示本发明第一实施形态的主流为小流量时的再循环通道41内的气流的流动。
当在空气通道15内流动的进气主流小即为小流量时(发动机为中或小输出功率时)，由于压缩机叶轮3内的压力高于空气通道15的压力，因此，再循环通道41的废气混合气体就从第一回流口42被吸出到空气通道15的主流中。
因此，再循环通道41的压力下降，故从返回口14导入废气混合气体，并且从第二回流口导入压缩机叶轮3内的空气。
废气混合气体与回流空气一起从第一回流口以低压力损失流入空气通道15。
另外，图2(B)表示本发明第一实施形态的主流为大流量时的再循环通道41内的气流的流动。
当在空气通道15内流动的进气主流大即为大流量时(发动机为高输出功率时)，在空气通道15内流动的空气的速度加快，压缩机叶轮3内的压力低，因此，再循环通道41的废气混合气体从第一回流口42被吸出到空气通道15的主流中，并且还从第二回流口43被导入压缩机叶轮3内。
其结果，当在空气通道15内流动的进气主流大时，废气混合气体还从第一回流口42及第二回流口43混入主流中，因此，废气混合气体与主流的混合比例变大，降低NOx用的废气混合气体不会不足。
采用第一实施形态，由于将再循环通道41用作为腔室，且第一回流口42的开口向压缩机叶轮3的前端缘倾斜，因此，可抑制废气混合气体与在空气通道15内流动的空气主流的干涉并获得流速分布的均匀化，获得压缩机的高效化。
此外，通过将再循环通道41用作为腔室，从而可获得废气混合气体的周向流出分布的均匀化，并且可增加混入量。
当空气主流为小流量时，利用再循环通道的腔室作用，可降低与空气通道15内的空气主流的干涉所带来的压力损失。
另一方面，当空气主流为大流量时，废气混合气体可从第二回流口43导入到低压力压缩机叶轮3的内部，可实施有效的废气净化措施。
(第二实施形态)
在本实施形态中，与第一实施形态相同的部分标上相同的符号，省略说明。
图3表示本发明第二实施形态的压缩机叶轮的旋转轴心上半部的主要部分放大剖视图。
7是形成于压缩机壳体74内的压缩机叶轮3的外周部位的、形成有环状的再循环通道71的机匣处理件。43是连接再循环通道71和压缩机叶轮3的外周部位的空气通道的第二回流口，42是连接再循环通道71和压缩机叶轮3的入口的空气通道15的第一回流口。
第一回流口42和第二回流口43，最好从环状的再循环通道71沿圆周方向等间隔设置多个或设成狭槽状。
另外，在环状的再循环通道71的外周侧，形成有从形成空气通道15的外周壁向外方由壁75隔开的环状的腔室72。
连接再循环通道71和腔室72的连接通道73，在再循环通道71的外周部形成在空气通道15方向的上游端部，并且连接通道73最好与再循环通道71的第一回流口相对于涡轮转子2的轴线L1在径向位于大致同一直线上。
连接通道73最好沿环状的腔室72在圆周方向等间隔设有多个。
此外，在环状的腔室72上配设有混入管6，废气混合气体从返回口14被导入腔室72内。
其它构造与第一实施形态相同，故省略说明。
采用第二实施形态，通过连接通道73将再循环通道71和腔室72连接起来，从而可通过腔室72进一步加强废气混合气体在再循环通道71内的均匀化，可使废气混合气体对于主流(空气)的混入在周向均匀化。
另外，被导入环状的腔室72内的废气混合气体，由于能在下游侧部m处将废气混合气体所含的机油、煤等杂质去除、予以堆积，故可抑制压缩机1污损所带来的性能下降。
另外，堆积的杂质顺着环状的腔室而向重力方向下侧流动。最终在定期维护保养等时予以去除。
(第三实施形态)
在本实施形态中，与第一实施形态相同的部分标上相同的符号，省略说明。
图4表示本发明第三实施形态的压缩机叶轮的旋转轴心上半部的主要部分放大剖视图。
8是在压缩机壳体84内的压缩机叶轮3的外周部位形成有环状的再循环通道81和腔室82的机匣处理件，所述再循环通道81和腔室82形成在形成空气通道15的外壁的内侧。在压缩机叶轮3的外周侧形成有再循环通道81，在该再循环通道81的外侧重合地形成有环状的腔室82。
连接再循环通道81和腔室82的连接通道83，由再循环通道形成部件5、和将再循环通道81与腔室82隔开的隔壁85的前端缘86形成，再循环通道81的第一回流口42由该再循环通道形成部件5的顶端部的内周面5b和压缩机壳体74的内表面84a形成。
另外，连接通道83最好沿再循环通道81及腔室82的环状而等间隔地设置多个或设成狭槽状。
在腔室82的外周部，在空气通道15方向的中间部位形成有利用混入管6而将废气混合气体导入的返回口14。
被配置成从混入管6导入废气混合气体。
由混入管6导入的废气混合气体沿空气通道15的外周在环状的腔室82内流动，遍布腔室82的整个区域。
其它构造与第一实施形态相同，省略说明。
采用第三实施形态，由于在形成空气通道15的外壁的内侧形成有腔室82，因此，废气涡轮增压器结构紧凑，在发动机上的搭载性得到提高。
另外，从混入管6导入废气混合气体，使废气混合气体直接碰撞将再循环通道81和腔室82隔开的隔壁85，可将堆积在腔室82内的下游侧部n处的、废气混合气体所含的机油、煤等杂质予以去除，可抑制压缩机1污损所带来的性能下降。
(第四实施形态)
在本实施形态中，与第一实施形态相同的部分标上相同的符号，省略说明。
图5表示本发明第四实施形态的压缩机叶轮的旋转轴心上半部的主要部分放大剖视图。
将废气混合气体导入再循环通道41的混入管6、返回口14和第一回流口42相对于涡轮转子2的轴线L1呈大致直角，且配设在大致同一直线上。
除上述外，其它与第一实施形态相同，省略说明。
采用第四实施形态，在被认为利用频度高的小流量时(发动机为中或小输出功率时)，使废气混合气体的流动平滑，顺利地与空气通道15内的主流(空气)合流，可降低压力损失，维持废气涡轮增压器的性能。
(第五实施形态)
在本实施形态中，与第一及第二实施形态相同的部分标上相同的符号，省略说明。
图6表示本发明第五实施形态的压缩机叶轮的旋转轴心上半部的主要部分放大剖视图。
7是机匣处理件，43是连接再循环通道41的入口侧和压缩机叶轮3外周部位的空气通道15的第二回流口，42是连接再循环通道41的出口侧和压缩机叶轮3的入口侧的空气通道15的第一回流口。
另外，在环状的再循环通道71的外周侧，形成有截面形状从形成空气通道15的外周壁向外方突出成矩形状的状态的环状的腔室72。
连接再循环通道71和腔室72的连接通道73，在再循环通道71的外周部形成在空气通道15方向的上游端部。连接通道73和第一回流口42，最好相对于涡轮转子2的轴线L1在径向位于大致同一直线上。
此外，在环状的腔室72上，在与空气通道15的流动相同方向的中间部配设有将废气混合气体导入腔室72内的混入管6。
连接通道73最好沿环状的再循环通道71等间隔地设置多个或设成狭槽状。
其它构造与第一实施形态相同，省略说明。
采用第五实施形态，通过连接通道73来连接再循环通道71和腔室72，从而可通过腔室72进一步加强废气混合气体在再循环通道71内的均匀化，可使废气混合气体对于主流(空气)的混入在周向均匀化。
另外，被导入环状的腔室72内的废气混合气体，由于能在腔室72内的下游侧部m处将废气混合气体所含的机油、煤等杂质去除、予以堆积，故可抑制压缩机1污损所带来的性能下降。
此外，在被认为利用频度高的小流量时(发动机为中或小输出功率时)，使废气混合气体在腔室72及再循环通道71内的流动平滑，顺利地与空气通道15内的主流(空气)合流，可降低压力损失，维持废气涡轮增压器的性能。
(第六实施形态)
在本实施形态中，与第一实施形态相同的部分标上相同的符号，省略说明。
图7表示本发明第六实施形态的压缩机叶轮的旋转轴心上半部的主要部分放大剖视图。
图7中，10是压缩机壳体，15是形成于压缩机壳体11内的压缩机叶轮3的空气入口侧的空气通道。
4是形成有环状的再循环通道41的机匣处理件。43是第二回流口，42是第一回流口。
第一回流口42和第二回流口43，最好从环状的再循环通道41沿圆周方向等间隔设置多个或设成狭槽状。5是环状的再循环通道形成部件。
在再循环通道形成部件5的空气通道的上游侧，利用紧固构件安装有环状的导向部件9，该导向部件9与该再循环通道形成部件5之间具有间隔h，形成将废气混合气体导入空气通道15内的第三回流口。
另外，由形成于再循环通道形成部件5的面对空气通道15的面的外周导向面5a、和导向部件9的与外周导向面5a相对的内周面9b形成废气混合气体导入口91，该废气混合气体导入口91将来自返回口14的废气混合气体导入空气通道15的主流(空气)中。
废气混合气体导入口91，其通道(废气混合气体导入口91)环状地形成在导向部件9的顶端侧的内周面9b上。
废气混合气体导入口91最好在环状的导向部件9的周向等间隔配设多个或配设成狭槽状。
在再循环通道41及导向部件9的外周部从形成空气通道15的外周壁向外方形成有环状的腔室103。环状的腔室103具有与废气混合气体导入口91连通的第一连接道101和与再循环通道41连通的第二连接道。
并且，在环状的腔室103的外周面，在空气通道的流通方向中间部连接有返回口14和与该返回口14连接的混入管6。
采用本实施形态，被导入环状的腔室103内的废气混合气体沿空气通道外周遍布腔室103整体，并可从空气通道15的废气混合气体导入口91全周均等地将废气混合气体导入空气通道15内。
因此，分别来自机匣处理件4的处于压缩机叶轮3的上游侧的第一回流口42和废气混合气体导入口91的废气混合气体被顺利地混入主流(空气)中。
另外，在小流量时(发动机为低输出功率时)的情况下，从混入管6导入腔室103内的废气混合气体，从第一连接道101被导入到废气混合气体导入口91，另一方面通过第二连接道而被导入再循环通道41，又从再循环通道41的第一回流口42被导入到空气通道15内。
大流量时(发动机为高输出功率时)，在空气通道15内流动的空气速度加快，压缩机叶轮3内的压力变低，因此，废气混合气体也从再循环通道41的第二回流口43被导入到压缩机叶轮3内。
因此，即使在大流量时，EGR气体不会不足，能可靠地实施NOx净化措施。
产业上的实用性
可用于如下的废气涡轮增压器：为了降低采用废气涡轮增压器的内燃机的废气所含有的NOx，使废气回流到废气涡轮增压器的压缩机的上游侧以使废气回流到内燃机，实施NOx的废气净化措施。

Claims (4)

1.一种废气涡轮增压器的壳体构造，内嵌压缩机叶轮，该废气涡轮增压器的壳体构造的特征在于，具有：
机匣处理件，该机匣处理件具有再循环通道，该再循环通道将向所述压缩机叶轮的上游的空气通道开口的第一回流口与形成于所述压缩机叶轮的外周部位的所述空气通道的第二回流口连通，该再循环通道在所述压缩机叶轮的外周部位向周向形成为环状，所述第一回流口和所述第二回流口形成在所述壳体内；
环状的腔室，该腔室形成在所述再循环通道的外周侧；
混入管，该混入管具有向所述腔室开口、使EGR气体和窜气的至少一方流入所述腔室的返回口；以及
连接所述腔室与所述再循环通道的连接通道。
2.如权利要求1所述的废气涡轮增压器的壳体构造，其特征在于，所述第一回流口的面对所述空气通道的开口向所述压缩机叶轮的前端缘倾斜。
3.如权利要求1所述的废气涡轮增压器的壳体构造，其特征在于，所述第一回流口和所述连接通道相对于所述空气通道配设成大致一直线状，以将EGR气体和窜气顺利地导入所述空气通道。
4.如权利要求1所述的废气涡轮增压器的壳体构造，其特征在于，具有：第三回流口，该第三回流口与所述腔室连通，并在所述第一回流口的所述空气通道的上游侧具有与所述第一回流口大致并排配设的开口，该开口向所述压缩机叶轮的前端缘倾斜。
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